2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件:熱力學(xué)第二定律_第1頁
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文檔簡介

1、熱力學(xué)第二定律2熱力學(xué)第二定律 一、宏觀自然過程的方向性二、可逆過程和不可逆過程三、熱力學(xué)第二定律的兩種表述四、熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 3一、宏觀自然熱過程的方向性熱傳導(dǎo)過程的方向性:熱量總是從高溫物體自動地傳給低溫物體,直到兩物體的溫度均一。推論:自然界一切自發(fā)過程都具有方向性和一定的限度。人類經(jīng)驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)哪一個自發(fā)過程可以自動回復(fù)原狀。氣體自由膨脹的方向性:氣體總是從壓力大的地方向壓力小的地方擴(kuò)散,直到各處的壓力相等。功熱轉(zhuǎn)換過程的方向性:轉(zhuǎn)動著的飛輪,在撤去動力后,由于轉(zhuǎn)軸的摩擦越轉(zhuǎn)越慢,最后停止轉(zhuǎn)動。 該過程中由于摩擦生熱,機(jī)械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⒉荚诳諝饫铩9餐攸c(diǎn): 自動進(jìn)行,即“自發(fā)

2、過程”不能自動回復(fù)原狀 問題: 什么因素決定了“自發(fā)過程” 的方向和限度?溫度?壓力?摩擦?共同因素?4二、可逆過程和不可逆過程(reversible & irreversible process) 一個過程A ,如果能用其他過程B使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原,過程A就叫可逆過程, 否則是不可逆過程1 ( p1、v1、T )2 ( p2、v2、T )pVo12 等溫膨脹,系統(tǒng)從外界吸熱全部用于對外做功21 等溫壓縮,外界對系統(tǒng)做功全部轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)向外界放熱1 2系統(tǒng)吸收的熱量 21又釋放給了外界1 2系統(tǒng)對外界做的功 21外界全部歸還給系統(tǒng)例如:理想氣體等溫膨脹過程系統(tǒng)和外界完全復(fù)原可逆過程5 無摩擦,

3、準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)行正向:逆向:總效果:外界與系統(tǒng)均復(fù)原,原過程為可逆過程理想氣體等溫膨脹的可逆性分析系統(tǒng)吸熱=對外做功 外界做功=系統(tǒng)放熱 恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩矗ɡ硐肭闆r)6逆向:總效果:a.系統(tǒng)復(fù)原;b.熱源有Q1 - Q2的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν饨绲哪Σ凉Γê纳幔?外界不能復(fù)原。原過程不可逆 (實(shí)際情況)有摩擦,準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)行正向:(體積功)(摩擦功)恒溫?zé)嵩?恒溫?zé)嵩次鼰岱艧嵩^程不可逆原因:存在摩擦耗散7 可逆過程必須是準(zhǔn)靜態(tài)過程,而且還是無耗散效應(yīng)的過程。 嚴(yán)格的準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種進(jìn)行的無限緩慢的過程,實(shí)際上是不存在的,它只是一種理想狀況。 嚴(yán)格的可逆過程實(shí)際上也是不存在的。 無耗散效應(yīng)的過程也只是一種理想

4、狀況,實(shí)際上也是不存在的。 自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程都是不可逆過程,熱力學(xué)第二定律正是這種不可逆性的反映。8三、熱力學(xué)第二定律的兩種表述1.開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。 蒸汽機(jī)大量推廣使用后,不少人試圖設(shè)計(jì)制造各種不需能源的熱機(jī),例如從大氣或海洋中吸取熱量,把它全部轉(zhuǎn)化為功,不需向低溫?zé)嵩捶艧?。大家把這種機(jī)器叫做第二類永動機(jī)。 Q T=1K 海水 = 1021kJ Q 1014 噸煤 第二類永動機(jī)不違背熱力學(xué)第一定律,因而與第一類永動機(jī)有本質(zhì)不同。 或:第二類永動機(jī)是不可能制成的.9比較:第一類永動機(jī):第二類永動機(jī): 不耗能,只做功 違反熱

5、力學(xué)第一定律違反熱力學(xué)第二定律10 如利用熱機(jī),但實(shí)際中熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外,還必須有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?,即產(chǎn)生了其它效果。開氏表述指明功變熱的過程是不可逆的。 功可以完全變熱,但要把熱完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響是不可能的。 大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明,一切熱機(jī)不可能從單一熱源吸熱并把它全部轉(zhuǎn)化為功。11 與之相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是,當(dāng)兩個不同溫度的物體相互接觸時,熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞,而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體 。2.克勞修斯表述:不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。 如果借助制冷機(jī),當(dāng)然可以把熱量由低溫傳遞到高溫,但要以外界作功為代價,也就是引起了其他變化??耸媳硎鲋该鳠醾鲗?dǎo)過程是不可逆的。12 熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的,用反證法可以證明這兩種表述的等效性。 假如開爾文表述不成立,則克勞修斯表述不成立 假如克勞修斯表述不成立,開爾文表述也不成立 3. 兩種表述的等價性13假如開爾文表述不成立一個熱機(jī) R , 只從高溫?zé)嵩碩1吸取熱量 Q,并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?A。SQ2Q+Q2RQA低溫?zé)嵩?T2高溫?zé)嵩?T1(a) 將R和S組合起來,組合體將從T2吸取熱量Q2,向T1釋放熱量 Q + Q2 Q = Q2 ,R+SQ2Q2高溫?zé)嵩?T1低溫?zé)嵩?T2(b) 可見,熱量Q2自動

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