熱力學(xué)第二定律第二十章化石燃料發(fā)電廠在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生“熱污染”，通過(guò)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量并沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為電能，造成浪費(fèi)的原因是：如果釋放出部分熱量，熱機(jī)效率仍很高。現(xiàn)有的工程技術(shù)，還沒(méi)有能力100％回收利用廢熱。能量轉(zhuǎn)化為有用的功時(shí)必須要產(chǎn)生廢熱，這是自然的基本特性。發(fā)電廠依賴化石燃料，而不是核燃料。以上都不是。開篇問(wèn)題----請(qǐng)猜一猜熱力學(xué)第二定律的克勞修斯（1822-1888）表述熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，卻不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。熱傳導(dǎo)不可逆熱量不能自動(dòng)從低溫->高溫T1

T2T1>T2熱量從系統(tǒng)1傳到系統(tǒng)2其反過(guò)程不會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)第二定律表明了自然界過(guò)程發(fā)生的方向。對(duì)于定律的闡述有各種不同的表述，它們都是等價(jià)的?！?0-1熱力學(xué)第二定律---引言循環(huán)過(guò)程：系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化過(guò)程以后，又回到原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程。循環(huán)特征：系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)之后,內(nèi)能不改變。循環(huán)包括:正循環(huán)(順時(shí)針)--熱機(jī)逆循環(huán)(逆時(shí)針)--致冷機(jī)工質(zhì):循環(huán)工作的物質(zhì)稱為工質(zhì).一、循環(huán)過(guò)程§20-2熱機(jī)正循環(huán):工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中對(duì)外作的凈功等于曲線所包圍的面積。工質(zhì)從外界吸收熱量的總和為Q1,放給外界的熱量總和為Q2正循環(huán)過(guò)程是將吸收的熱量Q1中的一部分轉(zhuǎn)化為有用功A凈，另一部分Q2放回給外界熱機(jī)：通過(guò)工質(zhì)連續(xù)不斷地將熱轉(zhuǎn)化為功的裝置。熱機(jī)效率說(shuō)明：Q1包括整個(gè)循環(huán)過(guò)程中吸收的熱量Q2包括整個(gè)循環(huán)過(guò)程中放出的熱量(絕對(duì)值）鍋爐泵氣缸冷凝器蒸汽機(jī)中水循環(huán)過(guò)程Q吸

水水蒸汽廢汽水Q放A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩垂ぷ髟韴D熱力學(xué)第一定律凈功特征AB凈熱循環(huán)過(guò)程曲線所包圍的面積==熱機(jī)效率熱機(jī)（正循環(huán)）熱功總吸熱總放熱（取絕對(duì)值）二效率舉例物理應(yīng)用蒸汽機(jī)Q吸

Q放水水蒸汽廢汽水A例20-1汽車的效率。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是20%，在它運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)每秒做功23000J。試求：（a）它需要吸收多少熱量？（b）發(fā)動(dòng)機(jī)每秒排出多少?gòu)U熱？熱機(jī)需要吸收熱量。解：（a）（b）熱機(jī)將以的功率向周圍環(huán)境釋放熱量。練習(xí)A絕熱膨脹過(guò)程但它非循環(huán)過(guò)程，并不違背第二定律。

假想的完美熱機(jī)吸收的熱量全部用于對(duì)外做功違背第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)。?

永動(dòng)機(jī)的設(shè)想圖熱力學(xué)第二定律開爾文表述不可能制造成功這樣的熱機(jī)，將吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響。§20-3可逆與不可逆過(guò)程；卡諾熱機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦過(guò)程為可逆過(guò)程

可逆過(guò)程

:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中,如果逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程的每一狀態(tài),而不引起其他變化,這樣的過(guò)程叫做可逆過(guò)程.氣體的準(zhǔn)靜態(tài)等溫壓縮過(guò)程控制外界條件，使過(guò)程成為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，近似作為可逆過(guò)程III

過(guò)程可逆與否與中間態(tài)是不是平衡態(tài)密切相關(guān)實(shí)踐中的一切過(guò)程都是不可逆過(guò)程卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程組成.

1824年法國(guó)的青年工程師卡諾提出一個(gè)工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)Wabcd理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算

a—b

等溫膨脹

b—c

絕熱膨脹

c—d

等溫壓縮

d—a

絕熱壓縮卡諾循環(huán)a—b等溫膨脹吸熱c—d

等溫壓縮放熱

d—a

絕熱過(guò)程b—c

絕熱過(guò)程

Wabcd卡諾熱機(jī)效率卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

Wabcd卡諾定理

1）

在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆熱機(jī)都具有相同的效率.

2）工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆熱機(jī)的效率都不可能大于可逆熱機(jī)的效率.(不可逆熱機(jī))（可逆熱機(jī)）以卡諾熱機(jī)為例，有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣溫度排氣溫度，以下哪個(gè)選項(xiàng)是熱機(jī)不可能達(dá)到的工作效率？(a)0.10；(b)0.16；(c)0.24；(d)0.30練習(xí)B例20-2虛假宣傳？

熱機(jī)生產(chǎn)商有如下的宣傳：一臺(tái)熱機(jī)處在高溫?zé)嵩?35K的溫度時(shí)，以9.0KJ/s吸收熱量，而在低溫285K的溫度時(shí)以4.0KJ/s放出熱量，你相信這些宣傳嗎？解：廠商宣傳中的熱機(jī)效率為熱機(jī)可能達(dá)到的最大效率是卡諾熱機(jī)的效率廠商的宣傳違背了熱力學(xué)第二定律，屬造假行為?！?0-4冰箱、空調(diào)和熱泵冰箱或空調(diào)熱量傳輸?shù)氖疽鈭D冰箱循環(huán)示意圖完美冰箱——無(wú)需做功將熱量直接從低溫?zé)嵩摧斔偷礁邷責(zé)嵩词遣豢赡艿?。冰箱的致冷系?shù)（COP）致冷機(jī)（逆循環(huán)）致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩蠢?0-4制冰冰箱的致冷系數(shù)COP為3.8，用200W的功率驅(qū)動(dòng)。將600g0℃的水凍成冰塊需多長(zhǎng)時(shí)間？水的溶解潛熱解：大約分鐘。物理應(yīng)用熱泵熱泵用電力發(fā)動(dòng)機(jī)將熱量從寒冷的室外輸運(yùn)到溫暖的室內(nèi)。大多數(shù)的熱泵能通過(guò)反轉(zhuǎn)在夏天作為空調(diào)使用。COP必然大于1熱泵與空調(diào)有不同的COP的定義例20-5熱泵熱泵的性能系數(shù)COP為3.0，外界做功的功率為1500W。（a）每秒向房間輸送多少熱量？（b）如果熱泵反轉(zhuǎn)在夏天作為空調(diào)使用，假定在條件不變的情況下，預(yù)期達(dá)到的性能系數(shù)COP為多少？（a）外界每秒做功1500J，它能向室內(nèi)輸送的熱量每秒為解：（b）如果將設(shè)備反轉(zhuǎn)在夏天作為空調(diào)使用，從室內(nèi)帶走，將以每秒的熱量釋放到室外?！?0-5熵?zé)崃W(xué)第零定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律狀態(tài)變量熵為解決實(shí)際過(guò)程的方向問(wèn)題，引入描述平衡態(tài)的狀態(tài)函數(shù)—熵熵概念的引進(jìn)

結(jié)論：可逆卡諾循環(huán)中,熱溫比總和為零.熱溫比等溫過(guò)程中吸收或放出的熱量與熱源溫度之比.可逆卡諾機(jī)任一微小可逆卡諾循環(huán)對(duì)所有微小循環(huán)求和當(dāng)時(shí)，則任意的可逆循環(huán)可視為由多個(gè)可逆卡諾循環(huán)所組成

結(jié)論:

對(duì)任一可逆循環(huán)過(guò)程,熱溫比之和為零.熵是態(tài)函數(shù)**ABCD可逆過(guò)程在可逆過(guò)程中，系統(tǒng)從狀態(tài)A變到狀態(tài)B,其熱溫比的積分只決定于始末狀態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān).據(jù)此可知熱溫比的積分是一態(tài)函數(shù)的增量，此態(tài)函數(shù)稱熵.可逆過(guò)程無(wú)限小可逆過(guò)程

熱力學(xué)系統(tǒng)從初態(tài)A

變到末態(tài)B

，系統(tǒng)熵的增量等于初態(tài)A

和末態(tài)

B

之間任意一可逆過(guò)程熱溫比（dQ/T）的積分.物理意義熵的單位**ABCDE可逆過(guò)程§20-6熵和熱力學(xué)第二定律

1）熵是態(tài)函數(shù)，當(dāng)始末兩平衡態(tài)確定后，系統(tǒng)的熵變也是確定的,與過(guò)程無(wú)關(guān).因此,可在兩平衡態(tài)之間假設(shè)任一可逆過(guò)程，從而可計(jì)算熵變.

2）當(dāng)系統(tǒng)分為幾個(gè)部分時(shí)，各部分的熵變之和等于系統(tǒng)的熵變.熵變的計(jì)算例20-7自由膨脹中的熵變?cè)趹B(tài)1和態(tài)2之間假設(shè)一可逆等溫膨脹過(guò)程12不可逆絕熱壁例求熱傳導(dǎo)中的熵變?cè)O(shè)在微小時(shí)間內(nèi),從A傳到B的熱量為.同樣，此孤立系統(tǒng)中不可逆過(guò)程熵亦是增加的.熵增加原理：一切自發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)和外界的熵之和總是增加的。

孤立系統(tǒng)不可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)中的可逆過(guò)程，其熵不變；孤立系統(tǒng)中的不可逆過(guò)程，其熵要增加.孤立系統(tǒng)中的熵永不減少.§20-7從有序到無(wú)序

熱力學(xué)第二定律的普遍表述一切自然過(guò)程總是向著更無(wú)序的狀態(tài)進(jìn)行。

有序排列的火柴散落時(shí)成為無(wú)序排列——有趨向于最大無(wú)序度（混亂度）的傾向。熵增加導(dǎo)致了無(wú)序度的增加有序的宏觀態(tài)無(wú)序的宏觀態(tài)熵增加0℃的水冰

從有序到無(wú)序§20-8能量退化；熱寂說(shuō)

熵越大，系統(tǒng)的能量中不再可供利用的部分就越多，所以熵表示系統(tǒng)內(nèi)部能量的“退化”或“貶值”，即熵是能量不可利用程度的量度。機(jī)械能和電磁能是可以被全部利用的有序能量，而內(nèi)能是不能全部轉(zhuǎn)化的無(wú)序能量。熵增加意味著系統(tǒng)能量中成為不可用能量的程度在增大，這叫做能量的退化。在所有的自然過(guò)程中，總有一些能