1、1第三章第三章2引言引言热力学第一定律即能量转化与守恒原理热力学第一定律即能量转化与守恒原理违背热力学第一定律的变化与过程一定不能发生违背热力学第一定律的变化与过程一定不能发生不违背热力学第一定律过程却未必能自动发生：不违背热力学第一定律过程却未必能自动发生：例：两物体的传热问题例：两物体的传热问题温度不同的两个物体相接触，最后达到平衡态，两物体具有温度不同的两个物体相接触，最后达到平衡态，两物体具有相同的温度。但其逆过程是不可能的，即具有相同温度的两相同的温度。但其逆过程是不可能的，即具有相同温度的两个物体，不会自动回到温度不同的状态，尽管该逆过程不违个物体，不会自动回到温度不同的状态，尽管
2、该逆过程不违背热力学第一定律。背热力学第一定律。3利用热力学第一定律并不能判断一定条件下什么过程利用热力学第一定律并不能判断一定条件下什么过程不可能进行，什么过程可能进行，进行的最大限度是什么。不可能进行，什么过程可能进行，进行的最大限度是什么。要解决此类过程方向与限度的判断问题，就需要用到自然要解决此类过程方向与限度的判断问题，就需要用到自然界的另一普遍规律界的另一普遍规律热力学第二定律热力学第二定律。热力学第二定律是随着蒸汽机的发明、应用及热机效率等热力学第二定律是随着蒸汽机的发明、应用及热机效率等理论研究逐步发展、完善并建立起来的。卡诺（理论研究逐步发展、完善并建立起来的。卡诺（Carn
3、ot）、）、克劳修斯（克劳修斯（Clausius）、开尔文（）、开尔文（Kelvin）等人在热力学）等人在热力学第二定律的建立过程中做出了重要贡献。第二定律的建立过程中做出了重要贡献。4v热力学第二定律是实践经验的总结，反过来，它指热力学第二定律是实践经验的总结，反过来，它指导生产实践活动导生产实践活动v热力学第二定律关于某过程不能发生的断言是十分热力学第二定律关于某过程不能发生的断言是十分肯定的。而关于某过程可能发生的断言则仅指有发生肯定的。而关于某过程可能发生的断言则仅指有发生的可能性，它不涉及速率问题。的可能性，它不涉及速率问题。53-1 热力学第二定律热力学第二定律1. 自发过程自发过
4、程自发过程：在自然条件（不需外力帮助）下能自发过程：在自然条件（不需外力帮助）下能 够自动发生的过程够自动发生的过程非自发过程：自发过程的逆过程非自发过程：自发过程的逆过程 一切自发过程都是不可逆的。一切自发过程都是不可逆的。不过要注意自发过程并非不可逆转，但必须不过要注意自发过程并非不可逆转，但必须外力帮助外力帮助( (外界对之做功外界对之做功) )。6例如：例如：用制冷机可以将热由低温物体转移到高温物体；用制冷机可以将热由低温物体转移到高温物体；用压缩机可将气体由低压容器抽出，压入高压用压缩机可将气体由低压容器抽出，压入高压 容器；容器；用水泵可以将水从低处打到高处。用水泵可以将水从低处打
5、到高处。 但这一切外界必须付出代价，做出相应的功，而不是但这一切外界必须付出代价，做出相应的功，而不是自发逆转。也就是说自发过程进行后，虽然可以逆转，使自发逆转。也就是说自发过程进行后，虽然可以逆转，使系统回复到原状，但环境必须消耗功。系统复原，但环境系统回复到原状，但环境必须消耗功。系统复原，但环境不能复原。不能复原。 所以一切自发过程都是不可逆的。所以一切自发过程都是不可逆的。72. 热、功转换热、功转换热力学第二定律是人们在研究热机效率的基础上建立热力学第二定律是人们在研究热机效率的基础上建立起来的，所以早期的研究与热、功转换有关。起来的，所以早期的研究与热、功转换有关。热功转换的方向性
6、：热功转换的方向性： 功可以全部转化为热功可以全部转化为热 热转化为功却是有限制的热转化为功却是有限制的热机效率问题热机效率问题蒸汽热机工作原理：利用燃料煤燃烧产生的热，使水蒸汽热机工作原理：利用燃料煤燃烧产生的热，使水（工作介质）在高压锅炉内变为高温、高压水蒸气，然（工作介质）在高压锅炉内变为高温、高压水蒸气，然后进入绝热的气缸膨胀从而对外作功，而膨胀后的水蒸后进入绝热的气缸膨胀从而对外作功，而膨胀后的水蒸气进入冷凝器降温并凝结为水（向冷凝器散热过程），气进入冷凝器降温并凝结为水（向冷凝器散热过程），然后水又被泵入高压锅炉循环使用然后水又被泵入高压锅炉循环使用 8蒸汽热机能量转化总结果：蒸汽
7、热机能量转化总结果： 从高温热源吸收的热（从高温热源吸收的热（Q1），一部分对外做了功（），一部分对外做了功（-W），），另一部分（另一部分（ Q2 ）传给了低温热源（冷凝器）传给了低温热源（冷凝器）9若热机不向低温热源散热，即吸收的热全部用来对外作功，若热机不向低温热源散热，即吸收的热全部用来对外作功，此时热机效率可达到此时热机效率可达到100%，实践证明，这样的热机，实践证明，这样的热机第二类永动机是根本不能实现的。第二类永动机是根本不能实现的。 第二类永动机的不可能性说明热转化为功是有限度的第二类永动机的不可能性说明热转化为功是有限度的 1QW 即热机从高温热源吸的热即热机从高温热源吸的热Q1转化为功转化为功-W的分的分数。数。10 2. 热力学第二定热力学第二定律律v热不能自动从低温物体传给高温物体而不产生其它变热不能自动从低温物体传给高温物体而不产生其它变化。化。 Clausius说说法法v“不可能从单一热源吸热使之全部对外作功而不产生其不可能从单一热源吸热使之全部对外作功而不产生其 它变化它变化”。（第二类用动机是不可能的）。（第二类用动机是不可能的） Kelvin说法说法Clausius说法指明高温向低温传热过程的不可逆性说法指明高温向低温传热过程的不可逆性Kelvin说法指明了功热转换的不可逆性说法指明了功热转换的不可逆性两种说法完全等价两种说法完全等价
