4热力学第二定律

热力学第二定律高二物理组44思考与讨论1.原来温度相同的水和鸡蛋，过一会水的温度自发降低而鸡蛋温度上升,生蛋变成了熟蛋.2.一杯冷水自动从周围空气吸收热量，变为热水，空气温度降低.这些现象能发生吗？若发生，违反能量守恒定律吗？2一、自然现象的不可逆性自然界发生的一切过程都遵守能量守恒定律.但是，不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生.凡是涉及热现象的过程，如物体间的传热、气体膨胀……都有特定的方向性，只能朝着某一特定方向进行.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。3例1理想气体向真空自由膨胀是不可逆过程.例2扩散过程是不可逆过程；热传导过程是不可逆过程.4挡板真空充满气体二、克劳修斯表述1850年，德国物理学家克劳修斯(R.Clausius，1822-1888)将热力学第二定律表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他影响.5问题：温度不同的两个物体发生热接触，热量自发从高温物体传到低温物体，最后达到热平衡.热力学第二定律是否意味着“热量不能从低温物体传到高温物体？”你能举一个例子说明热量能从低温物体传到高温物体吗？6氨气在压缩机内被急速压缩，压强增大，温度升高；进入冷凝器，向周围空气(高温热源)放热而部分液化，然后经节流阀的小口通道降压降温后凝结为液态氨,进入蒸发器。蒸发器由于压缩机的抽吸作用而压强很低，液态氨从冰箱内空气(低温热源)吸热，使冰箱内空气降温而自身全部蒸发为蒸气.氨蒸气再被吸入压缩机进行下一循环.7冰箱循环示意图制冷机模型热量可以从低温热源传到高温热源，但必须付出代价.(例如压缩机必须做功)8高温热源低温热源Q2Q1WQ2=Q1+W三、开尔文表述9锅炉高温热源低温热源水汽水过热器气缸冷凝器热机模型10高温热源低温热源Q1Q2W1211-=QQWηQQ思考与讨论如何提高热机效率？如果不向低温热源放热，将从高温热源吸收的热量全部转化为功，效率最大。实际可行吗？大量事实表明：在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用功，不可避免地将一部分热量传给低温热源.11开尔文表述(1851年)：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响.“单一热源”指温度均匀并且恒定不变的热源.“其他影响”指除了由单一热源吸热，把所吸的热用来做功以外的其他变化.开尔文表述揭示了自然界普遍存在的功转化为热的不可逆性.12例4理想气体与单一热源接触做等温膨胀.由于温度不变，气体内能不变。根据热力学第一定律，有Q=-W即气体吸收的热量全部用来对外界做功.这违反热力学第二定律吗？不违反.吸收的热量虽然全部用来对外做功，但产生了其他影响，理想气体体积膨胀.13永动机表述：第二类永动机不可能造成.第二类永动机是指能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器.第二类永动机不违反能量守恒定律，但不可能制成.14四、两种表述的等价性15高温热源低温热源等价于QQ'WQQ热机Q-Q'W否定克劳修斯表述即否定开尔文表述16否定开尔文表述即否定克劳修斯表述高温热源低温热源等价于Q1Q2QQ2W制冷机Q2热力学第二定律是总结概括大量事实提出的，是独立于热力学第一定律的新规律.热力学第二定律作出的推论都与实践结果符合说明热力学第二定律的正确性.热力学第二定律本质上阐明在一切与热现象相联系的自然现象中自发实现的过程都是不可逆的。17