熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律

一切熱力學(xué)過程必須滿足熱力學(xué)第一定律，反過來，滿足熱一律的過程是否一定能實現(xiàn)呢？大量實驗證明，滿足熱一律的循環(huán)過程不一定能實現(xiàn)例如：（1）功熱全部自動地全部（2）高溫物體低溫物體熱量自動地（3）氣體的自由膨脹綜上所述，可以看出一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是按一定方向進行，相反方向的過程不能自動的發(fā)生或者說可以發(fā)生，但必然會產(chǎn)生其他后果或周圍的物體發(fā)生變化

例一卡諾熱機，當(dāng)高溫?zé)嵩礊?27℃,低溫?zé)嵩礊?7℃時，其每次循環(huán)對外作得凈功為8000J.今維持低溫?zé)嵩吹臏囟?，使其每次循環(huán)對外所作的凈功為10000J，兩個卡諾循環(huán)都工作在相同的兩條絕熱線之間。試求第二個循環(huán)熱機的效率，及第二個循環(huán)高溫?zé)嵩吹臏囟?。解：設(shè)第二個循環(huán)高溫?zé)嵩吹臏囟葹門1’VPDABCT1’T2T10由題設(shè)條件兩個熱機工作在相同絕熱線之間，且低溫?zé)嵩礈囟认嗤詢蔁釞C放熱相同簡言之，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的實際表明，自然過程進行具有方向性，這種方向性遵從什么規(guī)律？它的微觀本質(zhì)是什么？如何定量的表示這一規(guī)律？表示這一規(guī)律的就是熱力學(xué)第二定律。把每一個實際宏觀過程的不可逆性表述一下就是熱二律的一個敘述形式。通常采用以下兩種敘述：一、克勞修斯表述克勞修斯表述：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。或：熱量不可能自動地從低溫物體傳到高溫物體去。

注意：（1）“自動地”和“而不引起其他變化”（2）利用制冷機就可將熱量從低溫物體傳到高溫物體，但是不是自動地而是引起了其他變化開爾文表述：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機，只從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響?；颍旱诙愑绖訖C（單源熱機）不可能制成。二、開爾文表述熱一律告訴我們第一類永動機無法制成，原因是違背能量守恒定律那么的熱機能否制成呢？若能制成，根據(jù)熱機效率公式，Q2=0，那么可以不需要低溫?zé)嵩?，而從單一熱源吸熱，完全對外做功。實踐表明：這只是一種幻想，不能實現(xiàn)，從而總結(jié)出：這種敘述要注意幾個條件：（1）循環(huán)動作：單一過程吸熱完全用來作功有可能（比如：等溫膨脹），而循環(huán)過程熱量全部用來作功是不可能的。（2）一個熱源：是指溫度均勻，并且恒定不變的熱源（3）其他物體不發(fā)生任何變化這兩種敘述形式不同，但是內(nèi)容等同，實質(zhì)一致，互相等價，違反其一，必然違反其二。熱二律還有其他表述形式，各種表述形式有內(nèi)在聯(lián)系，本質(zhì)是統(tǒng)一的說明：（1）熱一律和熱二律兩者并不抵觸也不相互包含是兩條相互獨立的定律。（2）熱一律和熱二律相輔相成，只有同時滿足熱一、熱二的過程才能實現(xiàn)。（3）熱二律描述的是過程進行的方向和限度方向方面：第二類永動機不可能實現(xiàn)限度方面：熱一律指出能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系熱二律指出過程進行的方向性例1、證明在P-V圖上兩條絕熱線不能相交PVIIIAIII證明:運用反證法假設(shè)兩條絕熱線I、II交于點A構(gòu)造一條等溫線III(如圖)，使它與兩條絕熱線構(gòu)成一正循環(huán)該循環(huán)中只有等溫過程系統(tǒng)吸熱，無放熱過程違反熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，所以兩絕熱線不能相交下列循環(huán)過程是否能實現(xiàn)可能不可能不可能不可能等溫絕熱等容（1）PV等溫絕熱等容（2）PV等壓絕熱絕熱（3）PV等溫絕熱絕熱（4）PV（2）熱傳導(dǎo)的過程。熱量由高溫→低溫（自發(fā)進行）；但是，熱量由低溫→高溫，必須伴隨其他過程，如：必須有外界對系統(tǒng)做功的過程。（3）氣體絕熱自由膨脹過程。絕熱自由膨脹（自發(fā)進行）；但是，絕熱收縮時，必須伴隨其他過程，如外界必須做功。還有：系統(tǒng)由非平衡態(tài)向平衡態(tài)的過渡的過程；擴散過程；不同流體的混合過程；各種爆炸過程等。如果一個過程一旦發(fā)生，無論通過何種途徑都不能使得系統(tǒng)和外界都回到原來狀態(tài)而不產(chǎn)生其他影響。1