选修热力学第二定律.pptx
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1、问题问题能量守恒定律告诉我们:能量守恒定律告诉我们:在在自然界发生的一切过程中能量都在在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的是守恒的满足能量守恒的过程是否都能实现呢?满足能量守恒的过程是否都能实现呢?第1页/共16页思考与讨论:思考与讨论:P57结论结论1.热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。是不可逆的。结论结论2.扩散现象进行是有方向的扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。过程是不可逆的。结论结论3.功可以自动转化为热,但热却不能自动转化功可以自动转化为热,但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不为功。通过摩擦而使功转
2、变为热的过程是不可逆的。可逆的。结论结论4.气体膨胀气体膨胀(绝热自由膨胀绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。的过程是不可逆的。一一.自然过程的方向自然过程的方向结论:无数事实告诉我们:凡是实际的过结论:无数事实告诉我们:凡是实际的过程,只要涉及热现象,如热传递、气体的程,只要涉及热现象,如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动膨胀、扩散、有摩擦的机械运动都有都有特定方向。也就是说,特定方向。也就是说,一切与热现象有关一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。的宏观自然过程都是不可逆的。第2页/共16页克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。(1)克劳修斯
3、表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.二二.热力学第二定律热力学第二定律高温低温理解“自发:”:当两个物体接触时,不需要第三者介入、不会对任何第三者产生影响,热量就能从一个物体传递到另外一个物体。低温高温自发自发第3页/共16页 电冰箱的内部温电冰箱的内部温度比外部温度低,为度比外部温度低,为什么致冷系统还能不什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给断地把箱内热量传给外界的空气?外界的空气?电冰箱工作时违反热力学第二定律吗电冰箱工作时违反热力学第二定律吗?第4页/共16页 因为电冰箱消耗了电因为电冰箱消耗了电能,对制冷系统做了功,能,对制冷系统做了功,一旦切断电源,电冰箱一旦切断电源,电冰箱
4、就不能把其内部的热量就不能把其内部的热量传给外界的空气了相传给外界的空气了相反,外界的热量会自发反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温地传给电冰箱,使其温度逐渐升高度逐渐升高 贮藏的贮藏的食品食品大气大气电冰箱制电冰箱制冷系统冷系统第5页/共16页即:热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。热传导的过程是有方向性的,这个过程可以向一个方向自发地进行,但是向相反的方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程,必须借助外界的帮助,因而产生其它影响或引起其它变化。如果设想克劳修斯表述不成立,即在无任何外界做功的情况下,热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机,如图所示
5、,它无需消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。第6页/共16页热机热机:是一种把:是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。(汽油汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等)机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等)一阶段:一阶段:燃料燃烧产生热量燃料燃烧产生热量 Q1(高温热源)(高温热源)(燃燃料中化学能转化为工作物质的内能)料中化学能转化为工作物质的内能)二阶段:二阶段:推动活塞对外做推动活塞对外做功功 W(工作物质内能工作物质内能变成机械能)变成机械能)热机能流图热机能流图燃料产生燃料产生的热量的热量Q输出机输出机械功械功W漏气热损漏气热损散热热损散热热损摩擦热损摩擦热损工
6、作原理和过程:工作原理和过程:机械能与内能转化的方向性的进一步讨论机械能与内能转化的方向性的进一步讨论第7页/共16页效率效率:由能量守恒定律知道:由能量守恒定律知道 Q1=W+Q2 热机的效率:热机的效率:高温热库高温热库低温热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机热机W热机的效率小热机的效率小于于100%,就,就不不可能把从高温可能把从高温热源吸收的热热源吸收的热量全部转化为量全部转化为机械能机械能,总有,总有一部分热量散一部分热量散发到冷凝器或发到冷凝器或大气中。大气中。热机工作时的能流分配热机工作时的能流分配第8页/共16页例如,利用热机例如,利用热机循环循环,吸热可对外作出功来吸热可
7、对外作出功来但实际但实际热机的循环除了热变功外,还必定有一定的热量从高热机的循环除了热变功外,还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源,即产生了其它效果。温热源传给低温热源,即产生了其它效果。热全部变为功的过程热全部变为功的过程也是有的,如,理想气体等也是有的,如,理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外,还引起了其它变化,即过程结束时,气全变为功外,还引起了其它变化,即过程结束时,气体的体积增大了。体的体积增大了。(2)开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。二二.热力学第二定律的另一种表
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