2022-2023学年高二物理竞赛课件：热力学第二定律

1 热力学第二定律 2 一、理想气体的卡诺循环 3 （一）等温过程中的能量转化 理想气体 当气体在过程中体积由VA变到VB时，外界做功是 4 气体在过程中从热源吸收的热量Q为 在等温膨胀过程中，理想气体从热源吸收热量，这热量全部转化为气体对外所做的功； 在等温压缩过程中，外界对气体做功，这功通过气体转化为热量传递给热源。 5 （二）绝热过程中的能量转化 在绝热压缩过程中，外界对气体做功，这功全部转化为气体的内能而使气体的温度升高。在绝热膨胀过程中，外界对气体所做的功为负值，实际上是气体对外界做功，这功是由气体在过程中所减少的内能转化而来的。 6 卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环过程。 （三）理想气体的卡诺循环 V P T1 T2 I (P1,V1,T1) II (P2,V2,T1) III (P3,V3,T2) IV (P4,V4,T2) 等温膨胀过程 绝热膨胀过程 等温压缩过程 绝热压缩过程 6 参汪志诚 7 （1）等温膨胀过程（气体吸收热量） （2）绝热膨胀过程（气体吸收热量） （3）等温压缩过程（气体放出热量） （4）绝热压缩过程（气体吸收热量） V P T1 T2 I (P1,V1,T1) II (P2,V2,T1) III (P3,V3,T2) IV (P4,V4,T2) 7 8 整个循环中气体对外作的净功 过程2和过程4是准静态绝热过程，故有: 9 可见η<1，热机只能把从高温热源吸收的一部分热量转化为机械能，且效率只取决于两个热源的温度。 热功转化效率: 10 二、可逆过程与热力学第二定律 不可逆过程：过程发生后，不论用任何曲折复杂的方法都不可能使它留下的后果完全消除而使一切恢复原状的过程。 可逆过程：过程发生后，它所产生的影响可以完全消除而令一切恢复原状。 实现可逆过程的条件： ⑴ 过程必须是准静态的； ⑵ 要消除如摩擦、粘滞性、非弹性以及电阻等耗散效应。 自然界中与热现象有关的实际过程都是不可逆过程，具有方向性。 11 注意：由于准静态与无消耗的过程实际上是不存在的，因而可逆过程只是理想化的，是实际不存在的力学过程。 只有那些近似准静态，而且耗散效应可忽略的实 际过程才可看成是可逆过程。 12 热力学第二定律： 热力学第一定律指出各种形式的能量在相互转化的过程中必须满足能量守恒关系，对于过程进行的方向没有给出任何限制。 凡是与热现象有关的实际过程都是具有方向性的。 热力学第二定律要解决的是与热现象有关的过程进行的方向问题，它是独立于热力学第一定律的另一个基本定律。 $