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热力学第二定律

我们正在讨论热力学第一定律在我们之前的帖子中。热力学第一定律有一些局限性。我们将讨论这些限制,同时我们将在这篇文章中讨论热力学第二定律。

热力学第一定律的局限性

我们已经在热力学第一定律中看到,能量通过系统的转换将以热能或功能的形式发生。热力学第一定律并没有提供系统有多少完全能量转化为功能的信息。

热力学第一定律并没有提供关于热能在什么条件下可以转化为功能的任何信息。

热力学第一定律也没有规定热传递的方向。

热力学第二定律

我们有两个物体,一个是冷的,另一个是热的。如果我们让热的物体和冷的物体接触,会发生什么?热能将从热的物体流动到冷的物体,因此热的物体将被冷却,冷的物体将被加热,这种能量的转换将发生,直到达到平衡。

假设热能从冷物体流向热物体。若我们的假设成立,热的物体会更热,冷的物体会更冷,或者我们可以说能量会守恒。我们假设从冷物体到热物体的热传递遵循能量守恒定律,这里不违反热力学第一定律。

但是,你同意从冷物体到热物体传热的假设吗?你的答案将是否定的,因为我们没有看到这样一个例子是自然可能的。

但热力学第二定律解释了两个热储层之间的传热方向,也解释了热能转化为热能的过程。

克劳修斯和开尔文-普朗克提出了热力学第二定律。热力学第二定律的克劳修斯陈述和开尔文-普朗克陈述在文字上略有不同,但基本上是等价的。

热力学第二定律的克劳修斯表述

根据克劳修斯的说法,我们有热力学第二定律,如下所述

不借助于任何外部因素,自动运转的机器不可能将热能从温度较低的物体传递到温度较高的物体

图中显示了热力学第二定律的克劳修斯陈述

简言之,为了将热能从较低温度的物体转移到较高温度的物体,必须对系统做一些外部功。

如果系统没有任何外部工作,就不可能将温度较低的物体的热量转移到温度较高的物体上。

热力学第二定律的开尔文-普朗克陈述

开尔文-普朗克的热力学第二定律是基于热机不可能100%有效的概念。

制造一台发动机是不可能的,它在一个循环中运行时,除了从一个蓄热器中吸热并做等量的功外,不会产生任何其他效果

图中显示了热力学第二定律的开尔文-普朗克陈述

或者我们可以说,热机将在两个温度不同的热源之间运行以产生功,100%的热能永远不会转化为功,但也有一些热能会被排到低温热源。

热力学第二定律的克劳修斯陈述和开尔文-普朗克陈述在措辞上略有不同,但两者基本上是等同的,因为如果一个系统违反了克劳修斯陈述,那么开尔文-普朗克陈述也就违反了。

我们将继续与您进行讨论第一类和第二类永动机在我们的下一篇文章中。

图片提供:谷歌
参考:
R.K.拉吉普特的工程热力学
P.K.Nag的工程热力学

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