13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
1/20
关于热机 效率 及致冷机 系数 的讨论
1 功热转换 的 不可逆性 第一定律无法说明,
2 热传导 的 不可逆性 第一定律无法说明,
1
21
T
T
2
12
Te
TT
2
11
1 Q WQQ
22
12
QQe
Q Q W
100 %
2 0T?
e 12
0,W Q Q
第二定律的提出热 机 效 率致冷机系数第二类永动机
210,Q Q W第二类永动机
12TT?
2 2 1 1,,,Q T Q T 12()T T T
2 2 1,,,Q W T T 12()T T T
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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第二类永动机的设想图
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
3/20
一 热力学第二定律的两种表述
(Two statements of Second law of thermodynamics)
1、开尔文表述 (1851)(Kelvin statement ):
不可能从 单一热源 吸取热量使之完全变为有用功,而不产生 其它任何影响 。
1),单一热源,温度均匀的热源；
2),其它影响,除单一热源吸热作功以外的任何影响
No processes possible whose sole result is
the abosrbption of heat from a reservoir &
the conversion of this heat into work
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
4/20
等温膨胀过程是从 单一热源吸热作功,而 不 放出热量给其它物体，它虽非循环过程，但 产生 其它影响。
1
2
),,( 11 TVp
),,( 22 TVp
1p
2p
1V 2V
p
Vo
W
ETQ W
Vo
p
2T
W
1T
A
B
CD
21 TT?
卡诺循环是循环过程，但需两个热源,
且使 外界发生变化,低温热源 T2
高温热源 T1
热机
1Q
2Q
W
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
5/20
2、克劳修斯表述 (Clausius statement)：
不可能把热量从低温物体 自动 传到高温物体，而不产生 其它任何影响 。
V
o
p
2T
W
1T
A
B
CD
21 TT?
2Q
1Q
虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需 外界作功 且使 环境发生变化,
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
1Q
2Q
W
No processes possible whose sole result is the
transfer of heat from a cooler to a hotter body
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
6/20
在自然界中，热量的传递和热功之间的转换都是有方向性的，这个 方向性 是：在一个孤立系统中,热量 只能 自动 地从 高温物体 传递的 低温物体,而 不能相反 进行；在一个循环过程中,功 能全部 转变为 热,而 热 不能全部 转变为 功 。
In nature there is directionality in both the
transport heat & the conversion between heat &
work,The directionality is,In an isolated system,
heat can only spontaneously flow from a high
temperature objects to a low temperature objects,
but not the other way around,in a cyclic process
work can totally be converted into heat,but heat
can not be totally converted into work
热力学第二定律的两种表述表明
(Two statements of Second law of thermodynamics)
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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3、两种表述图示 (Schematic diagram of two statement):
开尔文表述
(Kelvin statement )
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
克劳修斯表述
(Clausius statement)
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
Q
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
8/20
4、两种表述的等效性 (Equivalence of two statement):
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
开尔文表述开尔文表述不成立高温热源 T1
低温热源 T2
卡诺致冷机
Q?
WQ
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q?
Q?
卡诺致冷机 克劳修斯表述克劳修斯表述不成立
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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4、两种表述的等效性 (Equivalence of two statement):
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
Q
克劳修斯表述劳修斯表述不成立高温热源 T1
低温热源 T2
卡诺热机
Q
Q?
W
卡诺热机
W Q Q
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
QQ
W Q Q
开尔文表述不成立开尔文表述
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
(Kelvin statement )
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
Q
(Clausius statement)
注意
1热力学第二定律是 大量实验和经验 的总结,
2热力学第二定律可有多种说法,每一种说法都反映了自然界过程进行的 方向性,
完全等效
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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可逆过程 与 不可逆过程,在系统状态变化过程中,
如果逆过程能 重复 正过程的每一状态,而 不引起其他变化,这样的过程叫做 可逆过程 。反之，在 不引起 其他变化的条件下,不能 使逆过程 重复 正过程的每一状态，或者虽 能重复 但必然会 引起 其他变化，这样的过程叫做 不可逆过程,
二 可逆过程与不可逆过程
(Reversible & Irreversible process)
Reversible & Irreversible process,In a process of state
change of a system,if the reverse process can repeat every
state of the forward process without causing other changes,
such a process is called the reverible process,Conversely,
under the condition of not causing other changes,the
reverse process can not repeat every state of the forward
process,or the repetition must cause other changes,such
a process is called the irreversible process
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
12/20
无摩擦准静态 过程为 可逆过程
The quasi-static process without friction
is reversible process
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
13/20
非 准静态过程为不可逆过程,
The non-static process
is irreversible process
准静态过程 (无限缓慢的过程 ),且 无能量耗散效应 (无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功 )的过程,
可逆过程的条件 (The of conditions Irreversible process)
The process is quasi-static process (an infinitely
slow process) & in the there is no effect of energy
dissipation (without work done by frictional force &
viscous force or other dissipative forces )
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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热功转换 (The conversion of heat & work)
完全 Totally
功
Work 不 完全 Non- Totally
热
Heat
无序
Disorder
有序
Order
自发
Spontaneously
开尔文表述
Kelvin
statement
功变热不可逆
Irreversibility of
work into heat
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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热传导 (The heat conduction)
自发 Spontaneously高温物体
High
temperature
objects
非 自发传热
No pontaneously
低温物体
High
temperature
objects
均匀平衡
Uniform
equilibrium
非均匀非平衡
Non-uniform
non-equilibrium
自发
Spontaneously
克劳修斯表述
Clausius
statement
热传导不可逆
Irreversiblity of work
into heat
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
16/20
一个有趣的科普幽默笑话夹克皮鞋皮带罐头火腿夹克皮鞋皮带罐头火腿现代化自动化牛制品生产线
Made in UKade in USA
超现代自动化牛制品生产线
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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自然界 一切与 热现象 有关的 实际宏观过程 都是不可逆的热力学第二定律的 实质
(Essence of second law of thermodynamics)
In the nature the macro-processes
with the thermal phenomenon are
all irreversible processes
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
18/20
1） 在 相同 高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的 可逆机 都具有 相同 的效率,
三 卡诺定理 (Carnot theorem)
2） 工作在 相同 的高温热源和低温热源之间的一切 不 可逆机的效率都 不可能 大于可逆机的效率,
All reversible machines with arbitrary work media
working between the same high temperature & low
temperature heat sources have the same efficiency
The efficiencies of all irreversible machines
working between the same high temperature
& low temperature heat sources can not greater
than the efficiency of the reversible machine
working between the same heat sources
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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1
21
1
21
T
TT
Q
QQ?
,
不 可 逆 机,
,可 逆 机卡诺定理 1 (Carnot theorem one)
22
11
11
QT
QT
卡诺定理 2 (Carnot theorem two)
对所有可逆机 (On all irreversible machines)
第十三章 热力学基础物理学第五版
20/20
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程选择进入下一节：
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理
13-7 熵 熵增加原理
13-8 热力学第二定律的统计意义
13-5 循环过程 卡诺循环本章目录
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关于热机 效率 及致冷机 系数 的讨论
1 功热转换 的 不可逆性 第一定律无法说明,
2 热传导 的 不可逆性 第一定律无法说明,
1
21
T
T
2
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Te
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1 Q WQQ
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Q Q W
100 %
2 0T?
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0,W Q Q
第二定律的提出热 机 效 率致冷机系数第二类永动机
210,Q Q W第二类永动机
12TT?
2 2 1 1,,,Q T Q T 12()T T T
2 2 1,,,Q W T T 12()T T T
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
2/20
第二类永动机的设想图
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
3/20
一 热力学第二定律的两种表述
(Two statements of Second law of thermodynamics)
1、开尔文表述 (1851)(Kelvin statement ):
不可能从 单一热源 吸取热量使之完全变为有用功,而不产生 其它任何影响 。
1),单一热源,温度均匀的热源；
2),其它影响,除单一热源吸热作功以外的任何影响
No processes possible whose sole result is
the abosrbption of heat from a reservoir &
the conversion of this heat into work
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
4/20
等温膨胀过程是从 单一热源吸热作功,而 不 放出热量给其它物体，它虽非循环过程，但 产生 其它影响。
1
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),,( 11 TVp
),,( 22 TVp
1p
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A
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卡诺循环是循环过程，但需两个热源,
且使 外界发生变化,低温热源 T2
高温热源 T1
热机
1Q
2Q
W
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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2、克劳修斯表述 (Clausius statement)：
不可能把热量从低温物体 自动 传到高温物体，而不产生 其它任何影响 。
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2Q
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虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需 外界作功 且使 环境发生变化,
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
1Q
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No processes possible whose sole result is the
transfer of heat from a cooler to a hotter body
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
6/20
在自然界中，热量的传递和热功之间的转换都是有方向性的，这个 方向性 是：在一个孤立系统中,热量 只能 自动 地从 高温物体 传递的 低温物体,而 不能相反 进行；在一个循环过程中,功 能全部 转变为 热,而 热 不能全部 转变为 功 。
In nature there is directionality in both the
transport heat & the conversion between heat &
work,The directionality is,In an isolated system,
heat can only spontaneously flow from a high
temperature objects to a low temperature objects,
but not the other way around,in a cyclic process
work can totally be converted into heat,but heat
can not be totally converted into work
热力学第二定律的两种表述表明
(Two statements of Second law of thermodynamics)
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
7/20
3、两种表述图示 (Schematic diagram of two statement):
开尔文表述
(Kelvin statement )
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
克劳修斯表述
(Clausius statement)
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
Q
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
8/20
4、两种表述的等效性 (Equivalence of two statement):
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
开尔文表述开尔文表述不成立高温热源 T1
低温热源 T2
卡诺致冷机
Q?
WQ
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q?
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卡诺致冷机 克劳修斯表述克劳修斯表述不成立
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
9/20
4、两种表述的等效性 (Equivalence of two statement):
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
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克劳修斯表述劳修斯表述不成立高温热源 T1
低温热源 T2
卡诺热机
Q
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W
卡诺热机
W Q Q
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
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开尔文表述不成立开尔文表述
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
10/20
低温热源 T2
高温热源 T1
热机
Q
WQ?
(Kelvin statement )
高温热源 T1
低温热源 T2
致冷机
Q
Q
(Clausius statement)
注意
1热力学第二定律是 大量实验和经验 的总结,
2热力学第二定律可有多种说法,每一种说法都反映了自然界过程进行的 方向性,
完全等效
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
11/20
可逆过程 与 不可逆过程,在系统状态变化过程中,
如果逆过程能 重复 正过程的每一状态,而 不引起其他变化,这样的过程叫做 可逆过程 。反之，在 不引起 其他变化的条件下,不能 使逆过程 重复 正过程的每一状态，或者虽 能重复 但必然会 引起 其他变化，这样的过程叫做 不可逆过程,
二 可逆过程与不可逆过程
(Reversible & Irreversible process)
Reversible & Irreversible process,In a process of state
change of a system,if the reverse process can repeat every
state of the forward process without causing other changes,
such a process is called the reverible process,Conversely,
under the condition of not causing other changes,the
reverse process can not repeat every state of the forward
process,or the repetition must cause other changes,such
a process is called the irreversible process
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
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无摩擦准静态 过程为 可逆过程
The quasi-static process without friction
is reversible process
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
13/20
非 准静态过程为不可逆过程,
The non-static process
is irreversible process
准静态过程 (无限缓慢的过程 ),且 无能量耗散效应 (无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功 )的过程,
可逆过程的条件 (The of conditions Irreversible process)
The process is quasi-static process (an infinitely
slow process) & in the there is no effect of energy
dissipation (without work done by frictional force &
viscous force or other dissipative forces )
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
14/20
热功转换 (The conversion of heat & work)
完全 Totally
功
Work 不 完全 Non- Totally
热
Heat
无序
Disorder
有序
Order
自发
Spontaneously
开尔文表述
Kelvin
statement
功变热不可逆
Irreversibility of
work into heat
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
15/20
热传导 (The heat conduction)
自发 Spontaneously高温物体
High
temperature
objects
非 自发传热
No pontaneously
低温物体
High
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objects
均匀平衡
Uniform
equilibrium
非均匀非平衡
Non-uniform
non-equilibrium
自发
Spontaneously
克劳修斯表述
Clausius
statement
热传导不可逆
Irreversiblity of work
into heat
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
16/20
一个有趣的科普幽默笑话夹克皮鞋皮带罐头火腿夹克皮鞋皮带罐头火腿现代化自动化牛制品生产线
Made in UKade in USA
超现代自动化牛制品生产线
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
17/20
自然界 一切与 热现象 有关的 实际宏观过程 都是不可逆的热力学第二定律的 实质
(Essence of second law of thermodynamics)
In the nature the macro-processes
with the thermal phenomenon are
all irreversible processes
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
18/20
1） 在 相同 高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的 可逆机 都具有 相同 的效率,
三 卡诺定理 (Carnot theorem)
2） 工作在 相同 的高温热源和低温热源之间的一切 不 可逆机的效率都 不可能 大于可逆机的效率,
All reversible machines with arbitrary work media
working between the same high temperature & low
temperature heat sources have the same efficiency
The efficiencies of all irreversible machines
working between the same high temperature
& low temperature heat sources can not greater
than the efficiency of the reversible machine
working between the same heat sources
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理第十三章 热力学基础物理学第五版
19/20
1
21
1
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TT
Q
QQ?
,
不 可 逆 机,
,可 逆 机卡诺定理 1 (Carnot theorem one)
22
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QT
QT
卡诺定理 2 (Carnot theorem two)
对所有可逆机 (On all irreversible machines)
第十三章 热力学基础物理学第五版
20/20
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程选择进入下一节：
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理
13-7 熵 熵增加原理
13-8 热力学第二定律的统计意义
13-5 循环过程 卡诺循环本章目录
