卡諾循環(huán)的原理講課教案

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1、 卡諾循環(huán)的原理 精品資料 卡諾循環(huán) 科技名詞定義 中文名稱(chēng)：卡諾循環(huán) 英文名稱(chēng)： Carnot cycle 定義：由兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)可逆的絕熱過(guò)程所組成的理想循環(huán)。 百科名片

2、 卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán) (Carnot cycle) 是由法國(guó)工程師尼古拉 ·萊昂納爾 ·薩迪 ·卡諾于 1824 年提出的，以分析熱機(jī)的工作過(guò)程，卡諾循環(huán)包括四個(gè)步驟： 等溫膨脹， 絕熱 膨脹，等溫壓縮，絕熱壓縮。即理想氣體從狀態(tài) 1（Ｐ 1，Ｖ 1，Ｔ 1）等溫膨脹 到狀態(tài) 2（Ｐ 2，Ｖ 2，Ｔ 2），再?gòu)臓顟B(tài) 2 絕熱膨脹到狀態(tài) 3（Ｐ 3，Ｖ 3，Ｔ 3）， 此后，從狀態(tài) 3 等溫壓縮到狀態(tài) 4（Ｐ 4，Ｖ 4，Ｔ 4），最后從狀態(tài) 4 絕熱壓縮 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝

3、2 精品資料 回到狀態(tài) 1。這種由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程所構(gòu)成的循環(huán)成為卡諾循 環(huán)。 簡(jiǎn)介 卡諾循環(huán)包括四個(gè)步驟：等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮 等溫膨脹，在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量； 絕熱膨脹，在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功； 等溫壓縮，在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量； 絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作負(fù)功。 卡諾循環(huán)可以想象為是工作與兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，其高溫?zé)嵩吹? 溫度為Ｔ 1，低溫?zé)嵩吹臏囟葹椋?2。這一

4、概念是 1824 年卡諾在對(duì)熱機(jī)的 最大可能效 率問(wèn)題作理論研究時(shí)提出的?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩? 交換熱量，沒(méi)有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過(guò)程是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，工作物質(zhì) 從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無(wú)溫度差的等溫膨脹過(guò)程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等 溫壓縮過(guò)程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過(guò)程。作卡 諾循環(huán)的熱機(jī)叫做 卡諾熱機(jī) [1] 。 原理 卡諾循環(huán)的效率 通過(guò)熱力學(xué)相關(guān)定理我們可以得出，卡諾循環(huán)的效率 ηc＝1-Ｔ2/Ｔ 1，由此 可以看出，

5、 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 3 精品資料 卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，如果高溫?zé)嵩吹臏囟龋?1 愈 高，低溫?zé)嵩吹臏囟龋?2 愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。因?yàn)椴荒塬@得Ｔ 1→∞的 高溫?zé)嵩椿颍?2=0K（-273℃）的低溫?zé)嵩矗?，卡諾循環(huán)的效率必定小于

6、1。 任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致 可以證明，以任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致；還可以證明，所 有實(shí)際循環(huán)的效率都低于同樣條件下卡諾循環(huán)的效率，也就是說(shuō)，如果高溫?zé)? 源和低溫?zé)嵩吹臏囟却_定之后，卡諾循環(huán)的效率是在它們之間工作的一切熱機(jī) 的最高效率界限。因此，提高熱機(jī)的效率，應(yīng)努力提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档? 低溫?zé)嵩吹臏囟?，低溫?zé)嵩赐ǔＪ侵車(chē)h(huán)境，降低環(huán)境的溫度難度大、成本 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 4 精品資料 高，是

7、不足取的辦法。現(xiàn)代熱電廠盡量提高水蒸氣的溫度，使用過(guò)熱蒸汽推動(dòng) 汽輪機(jī)，正是基于這個(gè)道理。 提高熱機(jī)效率的方向 卡諾定理闡明了熱機(jī)效率的限制，指出了提高熱機(jī)效率的方向（提高 T1， 降低 T3，減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)）。 成為熱機(jī)研究的理論依據(jù)、熱機(jī)效率的限制。實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程的不可逆性及其 間聯(lián)系的研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測(cè)溫 物質(zhì)及測(cè)溫屬性無(wú)關(guān)的絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測(cè)量建立在客觀的基礎(chǔ)之上。 此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張

8、力、飽和蒸氣壓與溫度的 關(guān)系及可逆電池的電動(dòng)勢(shì)等。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)，卡諾這種撇開(kāi)具體裝置和具體工作物 質(zhì)的抽象而普遍的理論研究，已經(jīng)貫穿在整個(gè)熱力學(xué)的研究之中。 卡諾循環(huán) 正文 由兩個(gè)定溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程（見(jiàn)熱力過(guò)程）所組成的可逆的熱力循 環(huán)?？ㄖZ循環(huán)是 19 世紀(jì)法國(guó)工程師 S.卡諾提出的，因而得名?？ㄖZ循環(huán)分正、 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 5 精品

9、資料 逆兩種。在壓 -容(p-V) 圖和溫 -熵(T-S)圖中（見(jiàn)圖） , ɑ-b-c-d-ɑ為正卡諾循環(huán)， ɑ- b 為可逆定溫吸熱過(guò)程，工質(zhì)在溫度 T1 下從相同溫度的高溫?zé)嵩次霟崃?Q1； b-c 為可逆絕熱過(guò)程 ,工質(zhì)溫度自 T1 降為 T2； c-d 為可逆定溫放熱過(guò)程，工質(zhì)在 溫度 T2 下向相同溫度的低溫?zé)嵩磁欧艧崃?Q2；d-ɑ為可逆絕熱過(guò)程 ,工質(zhì)溫度自 T2 升高到 T1，完成一個(gè)可逆循環(huán) ,對(duì)外作出凈功 W 。逆卡諾循環(huán)與上述正向循 環(huán)反向 ,沿 ɑ-d-c-b-ɑ方向 ,因而 Q2 是工質(zhì)從低溫?zé)嵩?/p>

10、吸入的熱量 (通稱(chēng)制冷量 ),Q1 是工質(zhì)排放給高溫?zé)嵩吹臒崃?,W 是完成逆向循環(huán)所需的外界輸入的凈功。 正卡諾循環(huán) 的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾循環(huán)熱效率 ηt表示 正卡諾循環(huán) 逆卡諾循環(huán) 的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾制冷系數(shù) ε表示或用卡諾供暖系數(shù) ε′表示 逆卡諾循環(huán) 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在相同的高、低溫?zé)嵩礈囟?T1 與 T2 之間工作的一 切循環(huán)中 ,以卡諾循環(huán)的熱效率為最高，稱(chēng)為卡諾定理?？ㄖZ循環(huán)具有極為重要 的理論和實(shí)際意義。雖然，完全按照卡諾循環(huán)工作的裝

11、置是難以實(shí)現(xiàn)的，但是 卡諾循環(huán)卻為提高各種循環(huán)熱效率指明了方向和給出了極限值。 創(chuàng)建背景 19 世紀(jì)初，蒸汽機(jī)在工業(yè)、交通運(yùn)輸中的作用越來(lái)越重要，但關(guān)于控制蒸 汽機(jī)把熱轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的各種因素的理論卻未形成。法國(guó)軍事工程師薩迪?卡 諾（ S． Carnot，1796—1832）于 1824 年出版了 《關(guān)于火的動(dòng)力的思考》 一 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 6 精品資料 書(shū)，總結(jié)了他早期的研究成果。卡諾以找出熱機(jī)不完善性的原因作為研究的出 發(fā)點(diǎn)，闡明從熱機(jī)中獲得

12、動(dòng)力的條件就能夠改進(jìn)熱機(jī)的效率?？ㄖZ分析了蒸汽 機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，撇開(kāi)一切次要因素，由理想循環(huán) 卡諾循環(huán) 入手， 以普遍理論的形式，作出關(guān)于消耗熱而得到機(jī)械功的結(jié)論。他指出，熱 機(jī)必須在高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作， “凡是有溫度差的地方就能夠產(chǎn)生動(dòng) 力；反之，凡能夠消耗這個(gè)力的地方就能夠形成溫度差，就可

13、能破壞熱質(zhì)的平 衡。 ”他構(gòu)造了在加熱器與冷凝器之間的一個(gè)理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽 缸內(nèi)的工作物質(zhì)水和飽和蒸汽就與加熱器的溫度相同，汽缸內(nèi)的蒸汽如此緩慢 地膨脹著，以致在整個(gè)過(guò)程中，蒸汽和水都處于熱平衡。然后使汽缸與加熱器 隔絕，蒸汽絕熱膨脹到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。然后活塞緩慢壓縮 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 7 精品資料 蒸汽，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后汽缸與冷凝器脫離，作絕熱壓縮直到回復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。 這是由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成的循環(huán)，即后來(lái)所稱(chēng)的 “卡諾循環(huán) ”。

14、 卡諾根據(jù)熱質(zhì)守恒思想和永動(dòng)機(jī)不可能制成的原理，進(jìn)一步證明了在相同溫 度的高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切實(shí)際熱機(jī)，其效率都不會(huì) 大于在同樣的熱源之間工作的可逆卡諾熱機(jī)的效率。卡諾由此推斷：理想的可 逆卡諾熱機(jī)的效率有一個(gè)極大值，這個(gè)極大值僅由加熱器和冷凝器的溫度決 定，一切實(shí)際熱機(jī)的效率都低于這個(gè)極值。 卡諾意義 卡諾的研究具有多方面的意義。他的工作為提高熱機(jī)效率指明了方向；他 的結(jié)論已經(jīng)包含了熱力學(xué)第二定律的基本思想，只是熱質(zhì)觀念的阻礙，他未能 完全探究到問(wèn)題的最終答案。由于卡諾英年早逝

15、，他的工作很快被人遺忘。后 來(lái)，由于法國(guó)工程師克拉珀瓏（ B． P．E．Clapeyron， 1799— 1864）在 1834 年 的重新研究和發(fā)展，卡諾的理論才為人們所注意?？死戥噷⒖ㄖZ循環(huán)在一種 “壓（力） -容（積）圖 ”上表示出來(lái)，并證明卡諾熱機(jī)在一次循環(huán)中所做的功， 其數(shù)值恰好等于循環(huán)曲線(xiàn)所圍的面積?？死戥嚨墓ぷ鳛榭ㄖZ理論的進(jìn)一步發(fā) 展創(chuàng)造了條件。 名詞解釋?zhuān)?卡諾熱機(jī) [1] 卡諾熱機(jī) 他是最省能量的熱機(jī)，但僅是理論上能實(shí)現(xiàn)。 第一階段，溫度為的等溫膨脹過(guò)程，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次諢?/p>

16、量； 第二階段，絕熱膨脹過(guò)程，系統(tǒng)溫度從 降到； 第三階段，溫度為的等溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)把熱量釋放給低溫?zé)嵩?； 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 8 精品資料 第四階段，絕熱壓縮過(guò)程，系統(tǒng)溫度從升高到。 他研究的結(jié)論，就是人們總結(jié)的卡諾定理，其核心內(nèi)容是：在相同高溫?zé)? 源與相同低溫?zé)嵩粗g工作的一切可逆卡諾熱機(jī)效率相同（在實(shí)現(xiàn)熱的動(dòng)力過(guò) 程中，不存在任何不是由于體積變化而引起的溫度變化的熱機(jī)）。學(xué)物理者必 知的邏輯證明卡諾定理及熱力學(xué)第二定律錯(cuò)誤 源自科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 20

17、10 年 25 期 10 頁(yè)。 本文旨在探索沒(méi)有任何假設(shè)條件下，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的物理規(guī)律時(shí)如何遵守邏輯 規(guī)則推理形成正確結(jié)論，今后不被證明存在錯(cuò)誤。亞里士多德物理學(xué)關(guān)于重物 下落更快的理論存在一千多年后，某一天被伽里略是用一根繩子鏈接輕重物體 時(shí)，推證亞里士多德的物理學(xué)錯(cuò)誤。我做了一個(gè)試驗(yàn)：用兩個(gè)乒乓球，一個(gè)注 滿(mǎn)水，一個(gè)是空的，然后同時(shí)從高處落下，現(xiàn)象確實(shí)是重的下落更快。說(shuō)明伽 里略的發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有改變現(xiàn)象，伽里略和亞里士多德都看見(jiàn)了重物下落更快的。 但是現(xiàn)象還不是科學(xué)，亞里士多德的錯(cuò)誤屬于物理學(xué)錯(cuò)

18、誤。 卡諾定理存在同樣的嚴(yán)重缺陷 —— 我們發(fā)現(xiàn)卡諾熱機(jī)的內(nèi)部熱容可以任意 改變，新型理想熱機(jī)是在卡諾熱機(jī)的內(nèi)部增加了固體物質(zhì)的熱機(jī)，因此可以隨 意改變卡諾熱機(jī)的內(nèi)部熱容，對(duì)它的循環(huán)工作進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)最高理想工作效率 大于 η，這樣邏輯推理就能證明卡諾定理錯(cuò)誤。不要因?yàn)榭匆?jiàn)了熱從高溫向低 溫流動(dòng)的現(xiàn)象就認(rèn)為熱力學(xué)第二定律成立。 卡諾熱機(jī)的循環(huán)過(guò)程中其內(nèi)部熱容只有二種變化情形：卡諾熱機(jī)的恒溫膨 脹或壓縮過(guò)程其實(shí)就是讓卡諾熱機(jī)的熱容變?yōu)闊o(wú)窮大的一種情形，而絕熱膨脹 或壓縮過(guò)程就是讓它的熱容

19、變?yōu)樽钚〉囊环N情形。在卡諾熱機(jī)的內(nèi)部加入固體 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 9 精品資料 物質(zhì)后產(chǎn)生了隨意改變它的熱容的新情形。實(shí)際上就使得絕熱過(guò)程從始態(tài)到終 態(tài)的 P—V 線(xiàn)可以被任意改變，據(jù)此可知在不留下痕跡時(shí)熱機(jī)效率可以大于 η。 分析首次發(fā)現(xiàn)了自然界還存在一個(gè)熱動(dòng)力原理。如果一個(gè)理論在邏輯形式上表 達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤，那就難以成立。 名詞解釋?zhuān)?熱力學(xué)第二定律

20、 熱力學(xué)第二定律 科技名詞定義 中文名稱(chēng)：熱力學(xué)第二定律 英文名稱(chēng)： second law of thermodynamics 定義：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一 熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過(guò)程中熵的 微增量總是大于零。 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 10 精品資料 熱力學(xué)第二定律 ，熱力學(xué)基本定律之一，內(nèi)容為不可能把熱從低溫物

21、體傳到高 溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而 不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。 概述 /定義 英文翻譯： the second law of thermodynamics ①不可能把熱量從低溫物 體傳向高溫物體而不引起其它變化。 ② 不可能從單一熱源取熱，使之完全 變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?(這是從能量消耗的角度說(shuō)的 ,它說(shuō)明第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是 不可能實(shí)現(xiàn)的）。 說(shuō)明 熱力學(xué)第二定律 ①熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一，

22、是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn) 到冷處 (在自然狀態(tài)下 )。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的 物理、化學(xué)過(guò)程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 上述 (1)中① 的講法是克勞修斯 (Clausius)在 1850 年提出的。 ②的講法是開(kāi) 爾文于 1851 年提出的。這些表述都是等效的。 在① 的講法中，指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn) 移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn) 變過(guò)程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，只有靠消耗功來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在② 的講法中指出，

23、自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過(guò) 來(lái)熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說(shuō)明了這 種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功 [1] ，一 定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 11 精品資料 消滅能量的可能性，第二定律闡明了過(guò)程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利 用能量的可能性。 ② 人們?cè)O(shè)想制造一種能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生 其他影響的

24、機(jī)器，這種空想出來(lái)的熱機(jī)叫第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)。它并不違反熱力學(xué)第 一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。有人曾計(jì)算過(guò)，地球表面有 10 億立方千米 的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低 O.25 度，放出熱量， 將能變成一千萬(wàn)億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源 的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是 絕對(duì)不可能的。 ③從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)看，作功是大量分子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而熱運(yùn)動(dòng)則是 大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。顯然無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)要變?yōu)橛幸?guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率極小，而有 規(guī)

25、則的運(yùn)動(dòng)變成無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率大。一個(gè)不受外界影響的孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部 自發(fā)的過(guò)程總是由幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)進(jìn)行，從此可見(jiàn)熱是不可能自 發(fā)地變成功的。 ④熱力學(xué)第二定律只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi) 的宏觀過(guò)程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它推廣到無(wú)限的宇宙。 ⑤根據(jù)熱力學(xué)第零定律 ，確定了態(tài)函數(shù) —— 溫度； 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 ，確定了態(tài)函數(shù) —— 內(nèi)能和焓； 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，也可以確定一個(gè)新的態(tài)函數(shù) —— 熵。可以用熵來(lái)對(duì) 第二定律作定量的表述。

26、 熱力學(xué)第二定律過(guò)程 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 12 精品資料 第二定律指出在自然界中任何的過(guò)程都不可能自動(dòng)地復(fù)原，要使系統(tǒng)從終 態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用，由此可見(jiàn)，熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過(guò)程 的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異，這種差異決定了過(guò)程的方向，人們就用態(tài) 函數(shù)熵來(lái)描述這個(gè)差異，從理論上可以進(jìn)一步證明： 可逆絕熱過(guò)程 Sf=Si， 不可逆絕熱過(guò)程 Sf>Si， 式中 Sf 和 Si 分別為系統(tǒng)的最終和最初的熵。 也就是說(shuō)，在孤立

27、系統(tǒng)內(nèi)對(duì)可逆過(guò)程，系統(tǒng)的熵總保持不變；對(duì)不可逆過(guò) 程，系統(tǒng)的熵總是增加的。這個(gè)規(guī)律叫做 熵增加原理 。這也是熱力學(xué)第二定律 的又一種表述。熵的增加表示系統(tǒng)從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變，也就 是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài)向更無(wú)規(guī)則，更無(wú)秩序的狀態(tài)演變。熵體現(xiàn)了 系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。 條件 第二定律在有限的宏觀系統(tǒng)中也要保證如下條件： 1、該系統(tǒng)是線(xiàn)性的； 2、該系統(tǒng)全部是各向同性的。 另外有部分推論很有意思：比如熱輻射：恒溫黑體腔內(nèi)任意位置及任意波長(zhǎng) 的輻射強(qiáng)度都相同，且在加入任意光學(xué)性質(zhì)

28、的物體時(shí)，腔內(nèi)任意位置及任意波 長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都不變。 熱力學(xué)第二定律與時(shí)間的單方向性 所有不涉及熱現(xiàn)象的物理規(guī)律均時(shí)間反演對(duì)稱(chēng) , 它們沒(méi)有對(duì)時(shí)間的方向作出 規(guī)定 . 所謂時(shí)間反演 , 通俗地講就是時(shí)光倒流 ; 而物理定律時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)則指 , 經(jīng) 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 13 精品資料 過(guò)時(shí)間反演后 , 該定律依然成立 . 以牛頓定律為例 , 它是時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)的 . 不 妨考察自由落體運(yùn)動(dòng) : 一物體由靜止開(kāi)始 , 在重力作用下自由下落 , 其初速度 V(

29、0)=0, 加速度 a=g, 設(shè)其末速度為 V(t), 下落高度為 h. 現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演 , 則有其 初速度 V'(0)=-V(t), 加速度 a'=g, 末速度 V'(t)=V(0), 上升高度為 h, 易證這依然滿(mǎn) 足牛頓定律 . 但熱現(xiàn)象則不同 , 一杯水初始溫度等于室溫 , 為 T(0), 放在點(diǎn)燃 酒精燈上 , 從酒精燈火焰吸收熱量 Q 后溫度為 T(t). 現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演 , 則是水的初 溫為 T'(0)=T(t), 放在點(diǎn)燃酒精燈上 , 放出熱量 Q 給酒精燈火焰 , 自身溫度降為 T'(t)=T(0). 顯然這違背了熱力學(xué)

30、第二定律關(guān)于熱量只能從高溫物體傳向低溫物體 的陳述 . 故熱力學(xué)第二定律禁止時(shí)間反演 . 在第一個(gè)例子中 , 如果考慮到空氣阻力 , 時(shí)間反演后也會(huì)與理論相悖 , 原因在于空氣阻力做功產(chǎn)生了熱。 熱力學(xué)第二定律單方性 熱力學(xué)第二定律體現(xiàn)了客觀世界時(shí)間的單方向性 , 這也正是熱學(xué)的特殊性所 在 . 熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)定律之一，是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處。 1824 年法國(guó)工程師薩迪 ·卡諾提出了卡諾定理，德國(guó)人克勞修斯（ Rudolph Clausius）和英國(guó)人開(kāi)爾文（

31、 Lord Kelvin ）在熱力學(xué)第一定律建立以后重新審查 了卡諾定理，意識(shí)到卡諾定理必須依據(jù)一個(gè)新的定理，即熱力學(xué)第二定律。他 們分別于 1850 年和 1851 年提出了克勞修斯表述和開(kāi)爾文表述。這兩種表述在 理念上是相通的。 近年來(lái)對(duì)熱力學(xué)第二定律的質(zhì)疑 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 14 精品資料 熱力學(xué)第二定律是建立在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)和總結(jié)的基礎(chǔ)上的定律。雖然 在過(guò)去的一百多年間未發(fā)現(xiàn)與第二定律相悖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但始終無(wú)法從理論上 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈C明

32、第二定律的正確性。自 1993 年以來(lái)， Denis J.Evans等學(xué)者在理論上 對(duì)熱力學(xué)第二定律產(chǎn)生了質(zhì)疑，從統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的角度發(fā)表了一些關(guān)于 “熵的漲落 “的理論，比如其中比較重要的 FT 理論 [2] 。而后等人于 2002 在 Physical Review Letters上發(fā)表了題為《小系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)有悖熱力學(xué)第二定律的 實(shí)驗(yàn)證明》 [3] 。 從實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的角度證明了在一定條件下熱，孤立系統(tǒng)的自發(fā) 熵減反應(yīng)是有可能發(fā)生的。雖然這些新的發(fā)現(xiàn)不至于影響到現(xiàn)存熱力學(xué)的應(yīng) 用，但必然將對(duì)未來(lái)熱力學(xué)的研究產(chǎn)生一定的影響。 僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝 15