第二十单元热力学第二定律

[课本内容] 马文蔚，第四版，上册 [6]-[40]

练习二十

一、选择题：

20-1．关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法：                  

    (1) 可逆过程一定是平衡过程．                               

    (2) 平衡过程一定是可逆过程．                            

    (3) 不可逆过程发生后一定找不到另一过程使系统和外界同时复原．     

    (4) 非平衡过程一定是不可逆过程．                           

以上说法，正确的是：                                                 ［      ］

    (A)  (1)、(2)、(3).               (B)  (2)、(3)、(4). 

(C)  (1)、(3)、(4).               (D)  (1)、(2)、(3) 、(4).            

    提示：无摩擦的平衡过程是可逆的， 选C

20-2．根据热力学第二定律可知：                                  

    (A) 功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功．             

    (B) 热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体   

    (C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．               

    (D) 一切自发过程都是不可逆的．                                    ［      ］

    提示：（A）应为：但热在不引起其它变化的条件下，不能全部转换为功

         （B）应为：但在不引起其它变化是不能从低温物体传到高温物体

         （C）应为：在不引起其它变化的条件下不可能向反方向进行的过程

          选D

20-3．一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体．若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后                                      

    (A) 温度不变，熵增加．          (B) 温度升高，熵增加．       

    (C) 温度降低，熵增加．          (D) 温度不变，熵不变．             ［      ］

    提示：

          又这是一个不可逆的绝热过程

           熵增加。   选A

20-4．关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述：                 

    (1) 功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功；             

    (2) 一切热机的效率都只能够小于1；                          

    (3) 热量不能从低温物体向高温物体传递；                     

    (4) 热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的．               

以上这些叙述                                                          ［      ］

    (A) 只有(2)、(4)正确．           (B) 只有(2)、(3) 、(4)正确．

    (C) 只有(1)、(3) 、(4)正确．      (D) 全部正确． 

提示：（1）功可以完全变为热量而热量在不引起其它变化时不能完全变为功

     （3）在不引起其它变化时，热量不能从低温物体向高温物体传递

      选 A

20-5．热力学第二定律表明：                                          

    (A) 不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功．         

    (B) 在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外作的功．       

    (C) 摩擦生热的过程是不可逆的．                             

(D) 热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体．    　　　           ［      ］

   提示：（A）应为：不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功而不引起其它变化

        （B）应为：在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外作的功和不对外放出热量

        （D）应为：热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体而不引起其它变化

         所以选C

二、选择题

20-6．一个作可逆卡诺循环的热机，其效率为h，它逆向运转时便成为一台致冷机.该致冷机的致冷系数，则 与w的关系为__________．

提示：

20-7．可逆卡诺热机可以逆向运转．逆向循环时, 从低温热源吸热,向高温热源放热,而且吸的热量和放出的热量等于它正循环时向低温热源放出的热量和从高温热源吸的热量.设高温热源的温度为T₁ =450 K , 低温热源的温度为T₂ =300 K, 卡诺热机逆向循环时从低温热源吸热 Q₂ =400 J，则该卡诺热机逆向循环一次外界必须作功W＝_________．

提示：

20-8．热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了_______________________________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了________________的过程是不可逆的．

     提示：热功转换 ，热传导

20-9．从统计的意义来解释, 不可逆过程实质上是一个____  _____________________

____________________的转变过程, 一切实际过程都向着______                  ______

的方向进行．

    提示：从几率小的宏观状态到几率大的宏观态；几率增大

20-10．在一个孤立系统内，一切实际过程都向着______________的方向进行．这就是热力学第二定律的统计意义．从宏观上说，一切与热现象有关的实际的过程都是____________．

    提示：熵增加 ；不可逆的

20-11．熵是______________________________________的定量量度．若一定量的理想气体经历一个等温膨胀过程，它的熵将________________________．(填入:增加，减少，不变．)

     提示：分子热运动的无序性或混乱性 ；增加

 

第二篇：大学物理 热力学循环

热力学循环（thermodynamic cycle）

基本定义

热力学系统经过一系列传递热量并做功的热力学过程组成的集合，通过压强、温度等状态变量的变化，最终使热力学系统回到初始状态，又称循环过程。热力学第一定律指出在一个循环中输入的净热量总等于输出的净功。过程可重复的特性使得系统能够被连续操作，从而热力学循环是热力学中一个很重要的概念。在实际应用中，热力学循环经常被看作是一个准静态过程并被当作实际热机和热泵的工作模型。例如热机工作时，其中的工作物质即通过一系列的状态变化，把从高温热源吸取热量的一部分转变为机械功，将一部分废热排放到低温热源，而工作物质本身又回复到原来的状态。由于热机要不断地工作，其中的工作物质就必须周而复始地进行这种循环过程，以不断地从热源吸取热量并对外作功。

一个热力学循环（斯特灵循环）的P－V图 卡诺循环的P－V图

在P－V图上热力学循环可表示为一个闭合曲线，P－V图的Y轴表示压强，X轴表示体积，则闭合曲线所包围的面积等于过程所做的功，不过在循环过程中系统的内能是变化的，只是当每一次循环结束时系统内能会回到初始值。

一个理想热机的循环示意图（箭头指向顺时针方向）

热力学循环的类型

理论上一个热力学循环由三个或多个热力学过程组成，这些过程可以为：

等温过程（温度恒定，即使伴随有吸热或放热过程），等压过程（压强恒定），等容过程（体积恒定），绝热过程（系统与外界无热交换），等熵过程（可逆绝热过程），等焓过程（焓保持恒定）

两种主要的热力学循环类型是热机循环和热泵循环。热机循环将输入的部分热量转化为

输出的机械功，而热泵循环通过输入的机械功将热量从低温传向高温。如果组成循环的全部过程都是可逆的，则称此种循环为可逆循环；如果过程中的任一部分或全部是不可逆的，则称此种循环为不可逆循环。热机循环将输入的部分热量转化为输出的机械功，而热泵循环通过输入的机械功将热量从低温传向高温。完全由准静态过程组成的循环能够通过控制来作为热机或热泵循环使用。

热机循环

热机图

热机循环是热机工作的基本原理，热机中的工质进行的是正循环，这种循环方式为当前世界上大部分的发电站提供能量来源，也为几乎所有的机动车提供动力。

热泵循环和制冷循环

热泵循环和制冷循环是热泵和冰箱的理论模型。两者的差别在于热泵的用途是保持一块区域的温度而冰箱则是使之降温。致冷机中的工质进行的是逆循环。最常见的制冷循环是采用制冷剂的相变进行的蒸气压缩循环。

卡诺循环（Carnot cycle）

卡诺循环是一个特别的热力学循环，使用在一个假想的卡诺热机上，是为了找出热机的

最大的工作效率而分析热机的工作过程。

卡诺循环的温度－熵作图

卡诺循环全由可逆过程组成，此过程后系统回到原来的状态。

卡诺热机的热效率只取决于第一个状态的温度T1与第二个状态的温度T2，以及从环境中吸收的热量Q1和放出的热量Q2。

热力学第二定律指出，因存在于现实中的热机都是以不可逆循环来工作，现实中相同状态下任何热力学循环设备的效率和性能系数都不可能高于卡诺循环的效率。 参考资料热力学循环

http://www.souezu.cn/Item/49137.aspx