普通物理學(xué)：7-7可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程__卡諾定理

7-7 可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程 卡諾定理卡諾定理可逆過(guò)程：可逆過(guò)程：系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中, ,逆過(guò)程能重復(fù)正逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài)過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài), ,且不引起其他變化的過(guò)程。且不引起其他變化的過(guò)程。 在熱力學(xué)中，過(guò)程可逆與否與系統(tǒng)所經(jīng)歷的在熱力學(xué)中，過(guò)程可逆與否與系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)是否為平衡狀態(tài)有關(guān)。中間狀態(tài)是否為平衡狀態(tài)有關(guān)。 實(shí)現(xiàn)的條件實(shí)現(xiàn)的條件: :過(guò)程無(wú)限緩慢過(guò)程無(wú)限緩慢, ,沒(méi)有耗散力作功。沒(méi)有耗散力作功。不可逆過(guò)程：不可逆過(guò)程：在不引起其它變化的條件下，不能在不引起其它變化的條件下，不能使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程。使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程。1.可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程b.不平衡和耗散等因素的存在，是導(dǎo)致過(guò)程不可不平衡和耗散等因素的存在，是導(dǎo)致過(guò)程不可 逆的原因，只有當(dāng)過(guò)程中的每一步，系統(tǒng)都無(wú)逆的原因，只有當(dāng)過(guò)程中的每一步，系統(tǒng)都無(wú) 限接近平衡態(tài)，而且沒(méi)有摩擦等耗散因素時(shí)，限接近平衡態(tài)，而且沒(méi)有摩擦等耗散因素時(shí)， 過(guò)程才是可逆的。過(guò)程才是可逆的。c.不可逆過(guò)程并不是不能在反方向進(jìn)行的過(guò)程，不可逆過(guò)程并不是不能在反方向進(jìn)行的過(guò)程， 而是當(dāng)逆過(guò)程完成后，對(duì)外界的影響不能消除。而是當(dāng)逆過(guò)程完成后，對(duì)外界的影響不能消除。a.自然界中一切自發(fā)過(guò)程都是不可逆過(guò)程。自然界中一切自發(fā)過(guò)程都是不可逆過(guò)程。討論：討論：可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程2. 卡諾定理卡諾定理 (1) (1) 在溫度為在溫度為 的高溫?zé)嵩春蜏囟葹榈母邷責(zé)嵩春蜏囟葹?的低溫?zé)岬牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆熱機(jī)，效率都相等，而與工源之間工作的一切可逆熱機(jī)，效率都相等，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，其效率為作物質(zhì)無(wú)關(guān)，其效率為: :1T2T121TT (2) (2) 在溫度為在溫度為 的高溫?zé)嵩春蜏囟葹榈母邷責(zé)嵩春蜏囟葹?的低溫?zé)岬牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可源之間工作的一切不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆熱機(jī)的效率。逆熱機(jī)的效率。1T2T121TT 卡諾定理指出了提高熱機(jī)效率的卡諾定理指出了提高熱機(jī)效率的途徑途徑： a. . 使熱機(jī)盡量接近可逆機(jī)；使熱機(jī)盡量接近可逆機(jī)； b. . 盡量提高兩熱源的溫度差。盡量提高兩熱源的溫度差?？?諾諾3.卡諾定理的證明卡諾定理的證明 （1）在溫度為在溫度為 的高溫?zé)嵩春蜏囟葹榈母邷責(zé)嵩春蜏囟葹?的低溫?zé)岬牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆熱機(jī)，效率都相等，而與工源之間工作的一切可逆熱機(jī)，效率都相等，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，其效率為作物質(zhì)無(wú)關(guān)，其效率為: :1T2TA1T1Q2T2Q2Q1Q1Q可逆熱機(jī)E 卡諾熱機(jī)E2Q121TT 工作在相同的高低溫?zé)嵩垂ぷ髟谙嗤母叩蜏責(zé)嵩?T1、T2 間的間的卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī) E 與可與可逆熱機(jī)逆熱機(jī) E , 設(shè)法使之做相設(shè)法使之做相等的功等的功 A 而連接起來(lái)。它們的而連接起來(lái)。它們的效率分別為效率分別為:11,QAQA 用反證法，假設(shè)用反證法，假設(shè)11QAQA得到得到11QQ 2121QQQQ22QQ 兩部熱機(jī)一起工作，成為一部復(fù)合機(jī)，結(jié)果外界不對(duì)兩部熱機(jī)一起工作，成為一部復(fù)合機(jī)，結(jié)果外界不對(duì)復(fù)合機(jī)作功，而復(fù)合機(jī)卻將熱量復(fù)合機(jī)作功，而復(fù)合機(jī)卻將熱量 從低溫?zé)嵩此偷礁邷責(zé)嵩?，違反熱力學(xué)第二定律。從低溫?zé)嵩此偷礁邷責(zé)嵩?，違反熱力學(xué)第二定律。2121QQQQ所以所以 不可能，即不可能，即反之可證反之可證 不可能，即不可能，即121TT卡諾定理的證明卡諾定理的證明 (2) (2)在溫度為在溫度為 的高溫?zé)嵩春蜏囟葹榈母邷責(zé)嵩春蜏囟葹?的的 低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率 不可能大于可逆熱機(jī)的效率。不可能大于可逆熱機(jī)的效率。1T2T121TT 同上的方法，用一不可逆熱機(jī)同上的方法，用一不可逆熱機(jī) 代替代替 可逆熱機(jī)可逆熱機(jī) E E 可證明可證明: :卡諾定理的證明卡諾定理的證明 (2) (2)在溫度為在溫度為 的高溫?zé)嵩春蜏囟葹榈母邷責(zé)嵩春蜏囟葹?的的 低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率 不可能大于可逆熱機(jī)的效率。不可能大于可逆熱機(jī)的效率。1T2T121TT 同上的方法，用一不可逆熱機(jī)同上的方法，用一不可逆熱機(jī) 代替代替 可逆熱機(jī)可逆熱機(jī) E E 可證明可證明: :卡諾定理的證明卡諾定理的證明