第5章-热力学第二定律.pptx

会计学5-1热力学第二(dìèr)定律
■热力学第一定律
说明能量在传递和转化时的数量关系。
■热力学第二(dìèr)定律
说明能量在传递和转化时的方向、条件和限度。
☆注意：必须同时满足热力学第一定律和热力学第二(dìèr)
定律的过程才能进行。1、自然过程的方向性
（1）功转化(zhuǎnhuà)热
●功可以自动地转化(zhuǎnhuà)为热（摩擦生热）。
●热不可以自动地转化(zhuǎnhuà)为功。
●功转化(zhuǎnhuà)为热是不可逆过程。
●耗散效应是造成过程不可逆的原因。
（2）有限温差传热
●热量可以自动地从高温物体传向低温物体。
●热量不可以自动地从低温物体传向高温物体。
●有限温差传热是不可逆过程。
●存在有限温差是造成过程不可逆的原因。（3）自由膨胀
刚性绝热容器一侧充有气体，另一侧为真空。
●抽去隔板，气体会自动地向另一
侧膨胀。
●气体不可以自动压缩、返回原侧。
●自由膨胀是不可逆过程。
●存在有限压差(yāchà)是造成过程不可逆的原因。（4）混合过程
容器两侧分别装有两种不同的气体。
●抽去隔板，两侧的气体会自动地混合。
●混合气体不可以自动地分离。
●混合过程是不可逆过程。
●存在(cúnzài)浓度差是造成过程不可逆的
原因。■自发过程和非自发过程
●自发过程
能够独立地、无条件地自动进行的过程。
●非自发过程
不能独立地自动进行、而需要补充条件的过程。
●自发过程属于(shǔyú)不可逆过程，即自发过程的反向过程是
非自发过程。2、热力学第二定律(secondlawofthermodynamics)
■克劳修斯说法
从热量传递的方向性的角度提出：
热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高
温物体。
●热泵循环可以将热量从低温物体传至高温物体，但付
出了代价：外界消耗(xiāohào)功、机械能转化为热能。
●非自发过程的进行必须有自发过程（补偿过程）作为
补充条件。■开尔文说法
从热功转换的角度提出：
不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为
功而不留下其他任何变化的热力发动机。即第二类永
动机(perpetual-motionengineofthesecondkind)是不
存在的。
●从热源吸收的热量(rèliàng)不可能全部转化为功，即有一部分
要排向冷源，这也说明非自发过程的进行必须有自发
过程作为补充条件。
●“不留下其他任何变化”是指系统和外界都没有留下
变化。●理想气体(qìtǐ)等温膨胀，从单一热源吸热、且热量全部转
化为功，但气体(qìtǐ)的状态发生了变化（压力降低、体积
增大）。■两种说法之间的关系(guānxì)
两种说法是等效的。
采用反证法证明。即证明“违反说法A，则必然违
反说法B”或“违反说法B，则必然违反说法A”。（1）假设开尔文说法不成立、而克劳修斯说法成立。
●克劳修斯说法成立
热量(rèliàng)从冷源传给热源，付出
的代价是外界耗功。
●开尔文说法不成立
从热源吸收热量(rèliàng)，全部转化
为功。
●总效果：热量(rèliàng)不付代价地从冷源传向了热源，违背
了克劳修斯说法。
●结论：如果开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不
成立。（2）假设克劳修斯说法不成立、而开尔文说法成立。
●开尔文说法成立
从热源吸收热量，一部分转化为
功，另一部分排向冷源
●克劳修斯说法不成立
热量不付代价地从冷源传向热
源。
●总效果：从热源吸收热量（），全部转化为
功，违背(wéibèi)了开尔文说法。
●结论：如果克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不
成立。3、能量的品位及转换的方向性
能量按品位（质量）可以分为三种：
●无限可转换能
可以全部转换为任何(rènhé)其他形式能量，如机械能和
电能。无限可转换能的品位最高。
●有限可转换能
可以部分地转换为机械能，如温度不同于环境温
度的热源所具有的热能。热源的温度越高，可转换为
机械能的份额越大，热能的品位越高。●不可转换能
不可能转换为机械能，如环境温度下的热源所具
有的热能(rènéng)。不可转换能的品位最低，为废热。
●热力学第二定律的实质是能量转换有明显的方向性：
能量品位降低的过程可以自发进行；而能量品位升高
的过程不能自发进行，必须有能量品位降低的过程作
为补充条件，其总效果是能量品位降低。
（高温物体热能(rènéng)的品位比低温物体高，因此热量可以
自动地从高温物体传向低温物体，反之则不行。）
（机械能的品位比热能(rènéng)高，因此机械能可以自动地转
换为热能(rènéng)，反之则不行。）5-2卡诺循环和多热源可逆循环分析
1、卡诺循环(Carnotcycle)
■卡诺循环的提出
有限温差传热是不可逆过程。为了避免不可逆损失(sǔnshī)，理想的情况是实现无温差传