$95可逆过程与不可逆过程卡诺定理 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过 程进行的方向。观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，或者 说是有方向性的。例如，热量可以从高温物体自动地传给低温物体，但是却不能从低温传到高 温。对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。 为此，首先介绍可逆过程和不可逆过程的概念 一、可逆过程和不可逆过程 广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另 一个过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时原过程对外界引起的一 切影响)则原来的过程称为可逆过程：反之，如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界 完全复员，则称为不可逆过程。 狭义定义：一个给定的过程，若其每一步都能借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称 此过程为可逆讨程。 卡诺循环是可逆循环。 可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温热传导。 在热现象中，这只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以有限的 速度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。 经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不可逆的。例 如： 理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半部，这是一种 非平衡态，此后气体将自动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。其反过程由平衡态回到非平 衡态的过程不可能自动发生。 热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相 同，达到热平衡。从未发现其反过程，使两物体温差增大。 不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能 将原来正过程的痕迹完全消除。 一、卡诺定理 (1)在两个给定（不同）温度的热源之间工作的两类热机，不可逆热机的效奉不可能大 7s1-3 于可逆热机的效率。 T (2)在两个给定温度的热源之间工作的一切可逆热机，其效率相等 由卡诺定理知：任意(arbitrary)可逆卡诺热机的效率都等于以理想气体为工质的卡诺热机 14 §9-5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过 程进行的方向。观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，或者 说是有方向性的。例如，热量可以从高温物体自动地传给低温物体，但是却不能从低温传到高 温。对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。 为此，首先介绍可逆过程和不可逆过程的概念。 一、可逆过程和不可逆过程 广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发 经过某一过程达到另一状态，如果存在另 一个 过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时原过程对外界引起的一 切影响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界 完全复员，则称为不可逆过程。 狭义定义：一个给定的过程，若其每一步都能借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称 此过程为可逆过程。 卡诺循环是可逆循环。 可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温热传导。 在热现象中，这只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以有限的 速度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。 经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都 是按一定方向进行的，都是不可逆的。例 如： 理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半部，这是一种 非平衡态，此后气体将自动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。其反过程由平衡态回到非平 衡态的过程不可能自动发生。 热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相 同，达到热平衡。从未发现其反过程，使两物体温差增大。 不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能 将原来正过程的痕迹完全消除。 二、卡诺定理 （1）在两个给定（不同）温度的热源之间工作的两类热机，不可逆热机的效率不可能大 于可逆热机的效率。 1 2 1 T T   − （2）在两个给定温度的热源之间工作的一切可逆热机，其效率相等。 由卡诺定理知：任意(arbitrary)可逆卡诺热机的效率都等于以理想气体为工质的卡诺热机