大学物理课件：13-6 热力学第二定律 卡诺定律

1、13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1 第二定律的提出第二定律的提出 1 功热转换的条件功热转换的条件，第一定律无法说第一定律无法说明明. 2 热传导的方向性、气体自由膨胀的热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题，第一定律无法说明不可逆性问题，第一定律无法说明.13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版2 1 开尔文说法开尔文说法 不可能制造出这样一种不可能制造出这样一种循环循环工作的热工作

2、的热机，它只使机，它只使单一单一热源冷却来做功，而热源冷却来做功，而不不放放出热量给其它物体，或者说出热量给其它物体，或者说不不使使外界外界发生发生任何变化任何变化 . 一一 热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版3 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，单一热源吸热作功，而而不不放出热量给其它物体放出热量给其它物体，但它是非循环过程，但它是非循环过程.12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoWETQ W13-6

3、13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版4低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 卡诺循环是循环过程，但需两个热卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化源，且使外界发生变化.13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版5 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十

4、三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版6 2 克劳修斯说法克劳修斯说法 不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自动自动传到传到高温物体而高温物体而不不引起引起外界的变化外界的变化 .13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版7 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化高温物体，但需外界作功且使环境发生变化 .高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QWVop2TW1TABCD2

5、1TT 2Q1Q13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版8注注 意意 1 热力学第二定律是大量实验和经验热力学第二定律是大量实验和经验的总结的总结. 3 热力学第二定律可有多种说法，每热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映了自然界过程进行的方向性种说法都反映了自然界过程进行的方向性 . 2 热力学第二定律开尔文说法与克劳热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性修斯说法具有等效性 .13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基

6、础热力学基础物理学物理学第五版第五版9 可逆过程可逆过程 : 在系统状态变化过程中，如在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化，这样的过程叫做可逆过不引起其它变化，这样的过程叫做可逆过程程 .二二 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版10 不可逆过程不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正

7、过程的每一状态，或者虽不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程做不可逆过程.非非准静态过程为不可逆过程准静态过程为不可逆过程.13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版11 准静态过程（无限缓慢的过程），且准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无能量耗散的过程能量耗散的过程 . 可逆过程的条件可逆过程的条件13-6 13-6 热力学第二定律的表

8、述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版12非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导热传导 热功转换热功转换完全完全功功不不完全完全热热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的程都是不可逆的 . 热力学第二定律的热力学第二定律的实质实质无序无序有序有序自发自发非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发自发13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1

9、3 ( (1) ) 在在相同相同高温热源和低温热源之间工高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的作的任意工作物质的可逆机可逆机都具有都具有相同相同的的效率效率 . 三三 卡诺定理卡诺定理 ( (2) ) 工作在工作在相同相同的高温热源和低温热的高温热源和低温热源之间的一切源之间的一切不不可逆机的效率都可逆机的效率都不可能不可能大大于可逆机的效率于可逆机的效率 .13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定卡诺定理理第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版14以卡诺机为例，有以卡诺机为例，有( ( 不可逆不可逆机机 ) )（可逆可逆机机）121121 TTTQQQ第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学物理学第五版第五版1513-4 13-4 理想气体的等温过程和绝热过程理想气体的等温过程和绝热过程选