sylaaa第1章-熱力學基礎(chǔ)-(已修改)
2025-08-16 10:18 本頁面
【正文】 第三章 熱力學第二定律 熱力學第一定律解決了能量的傳遞和轉(zhuǎn)換的規(guī)律，但對過 程的方向和限度末給予回答。 ?效率等于 100%的熱機能造成嗎？ ?2H2 (g) +O2 (g) =2H2O(l) ΔH= – 逆過程可行嗎 ？ ?在常溫常壓下能否將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸? 這些現(xiàn)象都是宏觀實際過程的方向和限度的問題，熱力學第一 定律不能回答。要回答這些問題，需要一個新的、獨立的定律， 這就是 熱力學第二定律 。 1 宏觀過程的不可逆性 一切實際宏觀過程，總是沿一定的方向進行，在環(huán)境條件 不變的情況下，都不會自動地逆向進行。舉例： ①熱 Q的傳遞： 高溫 (T1) 低溫 ( T2), T1‘＝ T2’為止 , 逆過程不能自發(fā) ②氣體膨脹： 高壓 (p1) 低壓 (p2)，到 p2’為止 , 逆過程不能自發(fā) ③氣體混合： N2＋ O2 混合氣體 ，均勻為止 , 逆過程不能自發(fā) ④ 化學反應(yīng) 2H2 (g ) + O2(g) = 2H2O(l) ?rHm＝－ mol－ 1 逆過程不能自發(fā) ⑤ 高速旋轉(zhuǎn)的 飛輪制動 速度減小 ，直到停止 逆過程不能自發(fā) 結(jié)論 ： 自然界中發(fā)生的一切實際過程 (指宏觀過程，下同 )都有 一定方向和限度。不可能自發(fā)按原過程逆向進行，即 自然界 中一切實際發(fā)生的過程都是熱力學不可逆過程 。 下面就上述五種情況作分析，討論不可逆過程的實質(zhì)。 高溫 (T1) 低溫 ( T2) Q1 Q2 W 氣體 p2 高溫 (T1) ① 熱 Q的傳遞：逆過程 低溫 ( T2) 達到熱平等后，要想系統(tǒng)復(fù)原，必須讓 環(huán)境對系統(tǒng)做功（如制冷機）， 使熱從低 溫物體傳到高溫物體而重新產(chǎn)生溫差，系 統(tǒng)復(fù)原，同時環(huán)境留下功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖兓?。 ② 氣體膨脹：逆過程 低壓 (p2) 高壓 (p1) R 氣體 p1 要想系統(tǒng)復(fù)原，必須讓環(huán)境對系統(tǒng)做功，將氣體壓縮，使 系統(tǒng)壓力恢復(fù)到 p1。，同時向環(huán)境傳熱，系統(tǒng)復(fù)原，同時環(huán)境 留下功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖兓? ③氣體混合：逆過程 混合氣體 N2＋ O2 要想系統(tǒng)復(fù)原，必須讓環(huán)境對系統(tǒng)做功，將氣體壓縮，使 系統(tǒng)壓力恢復(fù)到 p1，同時向環(huán)境傳熱，系統(tǒng)復(fù)原，同時環(huán)境留 下功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖兓? ④ 化學反應(yīng) 逆過程 2H2O(l) = 2H2 (g ) + O2(g) Q＝ 要想系統(tǒng)復(fù)原，必須電解水，讓環(huán)境對系統(tǒng)做電功，將水 電解成氫氣和氧氣，同時向環(huán)境傳熱，在系統(tǒng)復(fù)原，同時環(huán)境 留下功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖兓? ⑤ 旋轉(zhuǎn)的飛輪制動 逆過程 ， 靜止的輪子 旋轉(zhuǎn)的飛輪 環(huán)境對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)復(fù)原。 飛輪制動 時系統(tǒng)向環(huán)境傳熱， 總結(jié)果是環(huán)境留下功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖兓? 結(jié)論 ：一切宏觀過程有以下兩個特征： ? 單方向性，逆過程不能自動發(fā)生； ? 自發(fā)過程發(fā)生后，若要使系統(tǒng)復(fù)原，必定在環(huán)境中留下 功變?yōu)闊岬淖兓?，且無法消除。 ? 一切宏觀過程在不可逆這一點上都是等價的。 2 熱力學第二定律 1 熱力學第二定律的經(jīng)典表述 克勞休斯說法 ：不可能把熱由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，而不 留下其他變化。 開爾文說法 ：不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣?，而不? 下其他變化。 2 卡諾定理 卡諾定理 ：所有工作在兩個一定溫度之間的熱機，以可逆熱機 的效率最大。 如圖所示，工作在 T1和 T2熱源之間的可逆熱 機 R和任意熱機 I ， R 高溫 (T1) 低溫 ( T2) Q’1 Q2 W Q1 I W Q’2 工作一個循環(huán)后，二者 作的功均為 W，從 T1吸的熱分別為 Q1和 Q’1 ， 向 T2熱源放熱 Q2 = Q1 + W 和 Q’2 = Q’1 + W 若卡諾定理不成立， ηI ＞ ηR， 用熱機
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