第一,熱力學(xué)第二定律的表述(說(shuō)法)雖然繁多,但都反映了客觀事物的一個(gè)共同本質(zhì),即自然界的一切自發(fā)過(guò)程都有“方向性”,并且一切自發(fā)過(guò)程都是不可逆的.
第二,熱力過(guò)程的方向性,是可以用“熵”來(lái)衡量的,也即孤立系的一切實(shí)際過(guò)程,其總熵是增加的,理想條件下(即可逆),總熵不變.
現(xiàn)以最常見(jiàn)的熱力學(xué)二種說(shuō)法進(jìn)行理解.
1、克勞修斯說(shuō)法(1850年):熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體.
解釋:
(1)這里需要強(qiáng)調(diào)的是“自發(fā)地、不付代價(jià)地”.我們通過(guò)熱泵裝置是可以實(shí)現(xiàn)“將熱從低溫物體傳向高溫物體的”,但這里是付出代價(jià)的,即以驅(qū)動(dòng)熱泵消耗功為代價(jià),是“人為”的,是“強(qiáng)制”的,不是“自發(fā)”的.所以,非自發(fā)過(guò)程,如熱從低溫物體傳向高溫物體,必須同時(shí)要有一個(gè)自發(fā)過(guò)程為代價(jià)(這里是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能)為補(bǔ)償,這個(gè)過(guò)程叫“補(bǔ)償過(guò)程”.
(2)非自發(fā)過(guò)程(如熱從低溫物體傳向高溫物體)能否進(jìn)行,還要看花的“代價(jià)”是否夠,就是總系統(tǒng)(孤立系)的熵必須是增加的,或可逆下總熵不變.也就是說(shuō),如果投入的“代價(jià)”不夠的話,非自發(fā)過(guò)程是不能進(jìn)行的,或是進(jìn)行得不夠徹底(不能達(dá)到預(yù)計(jì)的狀態(tài)).孤立系總熵變不小于零,非自發(fā)過(guò)程才有可能進(jìn)行.
2、開爾文-普朗特說(shuō)法(1851年):不可能制造出從單一熱源吸熱,使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)電機(jī).
解釋:
(1)這里強(qiáng)調(diào)的是“不留下其他任何變化”,是指對(duì)熱機(jī)內(nèi)部、外界環(huán)境及其他所有(一切)物體都沒(méi)有任何變化.
開爾文-普朗特說(shuō)法說(shuō)明了熱轉(zhuǎn)化為功,必須要將一部分熱量轉(zhuǎn)給低溫物體(注意,這可是一個(gè)自發(fā)過(guò)程,高溫向低溫傳熱哦),也即必須要有一個(gè)“補(bǔ)償過(guò)程”為代價(jià).
(2)熱全部轉(zhuǎn)化為功,是可以的,但必須要“留下其他變化”.如等溫過(guò)程中,熱可以全部轉(zhuǎn)變成功,但這時(shí)熱機(jī)內(nèi)部工質(zhì)的“狀態(tài)”變了(即工質(zhì)不能回到初始狀態(tài).其實(shí),這樣的熱機(jī)實(shí)際上是不存在的),是留下了變化的.
總之,要正確理解熱力學(xué)第二定律,以下幾點(diǎn)是需要把握的:
1、上述熱力學(xué)第二定律的兩種表述及其等效性;
2、卡諾循環(huán)與卡諾定理、卡諾效率,且 ηT≤ ηC;
3、克勞修斯積分等式和不等式;
4、熵的過(guò)程方程式:dS≥dQ/Tr;
5、孤立系統(tǒng)熵增原理:△Siso=∑△Si=Sg≥0;
6、閉口系(控制質(zhì)量)熵方程:dS=dSg+dQ/Tr;(開口系也要掌握好)
7、能量貶值原理:dEx,iso≤0;
8、熵產(chǎn)與機(jī)械能(火用)的損失關(guān)系:I=To×Sg .
熱力學(xué)第二定律怎樣理解?
熱力學(xué)第二定律怎樣理解?
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