5.3 热力学第二定律 5.3.1热力学第二定律 1. 热力学第二定律的开尔文表述（1851年） 5.3 热力学第二定律 5.3.1热力学第二定律 1. 热力学第二定律的开尔文表述（1851年） 不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。 不可能制成一种循环热机，它只从一个热源吸取热量, 使之完全转变为有用功（第二类永动机不可能制成）。 说明 (1) 吸收的热量可以转化为功（热机）。 (2) 吸收的热量可以完全转化为功（等温膨胀）。 T
热量不能自动地从低温物体传向高温物体。 (3) 热力学第二定律开尔文表述 的另一叙述形式:第二类永动 机不可能制成。 热功转化具有方向性。 (4) 热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了 2. 热力学第二定律的克劳修斯表述（1850 年） 不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。 热量不能自动地从低温物体传向高温物体。 说明 (1) 热量可以从低温物体传向高温物体(致冷机)。 (2) 热力学第二定律开尔文表述 的另一叙述形式:第二类永动 机不可能制成。 热功转化具有方向性。
(4) 热力学第二定律的克劳 修斯表述实际上表明了 (3) 理想致冷机不可能制成。 被制冷 理想致冷机 高温热源 （不引起其它变化≌自动） (4) 热力学第二定律的克劳 修斯表述实际上表明了 热机、致冷机的能流图示方法 致冷机的能流图 热机的能流图 高温热源 低温热源 高温热源 低温热源
热力学第二定律的两种表述等价 证明（用反证法） (1) 假设开尔文表述不成立 克劳修斯表述不成立 假设开尔文 表述不成立 高温热源 克劳修斯表述不成立 低温热源 (2) 假设克劳修斯表述不成立 开尔文表述不成立 类似证明
p a b c 用热力学第二定律证明：在pV 图上任意两条绝热线不可能相交。 例 证 反证法 O 设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同 的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程中 绝热线 a b 等温线 c 这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。
5.3.2 可逆与不可逆过程 概念 若系统经历了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，那么这个过程就称为可逆过程。 可逆过程 如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程。 不可逆过程 1. 不可逆过程的实例 弹簧振子（无摩擦） 可逆 m x （有摩擦） 不可逆
热传导:热量从高温传到低温物体可自动进行 单摆（真空） 可逆 （有气体） 不可逆 功热转换：功向热转化可自动进行 热传导:热量从高温传到低温物体可自动进行 （有气体） （真空） 自由膨胀： 一切与热现象有关的过程都是不可逆过程。
不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。 2. 过程不可逆的因素 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。 无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程） 热力学第二定律的本质 自然界的一切自发过程都是单方向的不可逆过程 （热力学第二定律的其它表述）
1. 在温度分别为T1与T2的两个给定热源 之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 5.3.3 卡诺定理 高温热源 低温热源 1. 在温度分别为T1与T2的两个给定热源 之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 要增大热源的温差 2.在相同的高、低温热源之间工作的 一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率，即 减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、漏气、散热耗散因素） 是任何热机效率的最高极限
地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为100 ℃，而夜间温度为 100 ℃， 起居室温度要保持在20 ℃，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW， 例 求 白昼和夜间给卡诺机所供的功率。 在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量Q2 ， 放入室外热量Q1 解 则 每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即
在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室 外吸取热量Q1， 放入室内热量Q2 每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即 解得 此种用可逆循环即是所谓的冷暖双制空调的原理。