为什麽热力学第二定率要强调‘’单一热源‘’?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/03 12:53:09

热力学第二定律是描述热量的传递方向的:
分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能。此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵(entropy)增高的方向发展。熵是一种不能转化为功的热能。熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度。高、低温度各自集中时,熵值很低;温度均匀扩散时,熵值增高。物体有秩序时,熵值低;物体无序时,熵值便增高。现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加。
克劳修斯表述
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。

开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能造成。
热力学第二定律的建立与表述

热力学第二定律是在热力学第一定律(能量守恒定律)建立后不久建立起来的,它的建立与19世纪20年代卡诺对于热机的研究有着密切的关系。卡诺在探索提高热机效率的研究工作中,抓住了热机的本质,撇开了各种次要因素,抽象出一个仅仅工作于一个高温热源和一个低温热源(冷源)间的理想热机(卡诺热机),他把这样一个热机比拟为水轮机:“我们可以足够确切地把热的动力比之于瀑布……瀑布的动力取决于液体的高度和液体的量;而热的动力同样取决于所用热质的量以及热质的‘下落高度’,即交换热质的两物体之间的温度差。”卡诺所处的时代正是热质说占统治地位的时代,卡诺的这段话也是热质说的反映。现在看起来当然是不对的,但是他得到的结论却是正确的:“单独提供热不足以给出推动力,还必须要冷。没有冷,热将是无用的。”他已经接触到了热力学第二定律的边缘。

英国物理学家开尔文(原名汤姆逊)在研究卡诺和焦耳的工作时,发现了某种不和谐:按照能量守恒定律,热和功应该是等价的,可是按照卡诺的理论,热和功并不是完全相同的,因为功可以完全变成热而不需要任何条件,而热产生功却必须伴随有热向冷的耗散。他在1849年的一篇论文中说:“热的理论需要进行认真改革,必须寻找新的实验事实。”同时代的克劳修斯也认真研究了这些问题,他敏锐地看到不和谐存在于卡诺理论的内部。他指出卡诺理论中关于热产生功必须伴随着热向冷的传