開爾文-普朗克表述

開爾文-普朗克表述:不可能從單一熱源吸取熱量,並將這熱量變為功,而不產生其他影響。它屬於熱力學第二定律的其中一種常見描述,另一種常見描述是克勞修斯表述。

簡介

開爾文-普朗克表述:不可能從單一熱源吸取熱量,並將這熱量變為功,而不產生其他影響。它屬於熱力學第二定律的其中一種常見描述,另一種常見描述是克勞修斯表述。

理解

不可能從單一熱源取熱,並使之完全轉變為有用功而不產生其它影響。

理想氣體T過程:q = w

熱機不可能將從熱源吸收的熱量全部轉變為有用功,而必須將某一部分傳給冷源。

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熱機: 連續作功,構成循環。有吸熱,有放熱。

第二類永動機: 構想的從單一熱源 一熱源取熱並使之完全變為功的熱機。

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熱力學第二定律的兩種描述

我們都知道這兩種常見表述是等價的,但我們應該清楚熱力學第二定律並不是實驗定律,它是經驗的理論定律。這是它與其他物理定律的不同之處,而且從表述上我們可以明顯的發現,熱力學第二定律還有一個更大的不同,就是它的敘述是個否定句而不是一般的陳述句,所以要理解好熱力學第二定律一定要小心。

要理解好克勞修斯表述,一定要注意‘自發’,它實質上指出了一個事實:熱量不能自發的從低溫物體傳向高溫物體。當我們注意到‘自發’,就可以說“熱量可以從低溫物體傳向高溫物體。”電冰櫃恰好是一個實質性例子,它只是消耗了電能,並非自法進行,因此並不違反熱力學第二定律。

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開爾文表述注意要點

1.單一熱源的概念;

2.不產生其它影響的意義,它實際上隱含了做功系統的狀態不變,即系統必須經歷一個循環過程。所以開爾文表述實質上指出了這樣一個事實:熱不能自發地完全變為有用功。也就是說要使熱量完全轉化為功,肯定會發生其他變化;

綜上所述,可以完全得出:存在其他變化時,熱量可以完全轉變為功。以下舉出一個容易說明問題的例子----等溫膨脹。

在等溫膨脹過程,明顯過程中氣體將從外界(單一熱源,即一個恆溫熱源)吸取的熱量全部變為有用功推動活塞工作。這一過程中發生了其它變化,即氣體體積、壓強的變化。所以熱力學第二定律並不限制這樣的過程的發生。

兩種表述的關係

既然從不同側面描述的是同一事實, 同一本質, 那么各種描述必然是等效的,僅僅是描述角度不同而已。

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違反一種表述必違反另一種表述!!!

證明1:違反開表述導致違反克表述

反證法: 假定違反開表述

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熱機A從單熱源吸熱全部作功Q1 = WA

用熱機A帶動可逆制冷機B取絕對值

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違反克表述。

證明2:違反克表述導致違反開表述

反證法: 假定違反克表述

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Q2熱量無償從冷源送到熱源,假定熱機A從熱源吸熱,對外作功WA,對冷源放熱Q2

開爾文-普朗克表述 開爾文-普朗克表述

冷源無變化 ,從熱源吸收Q1-Q2全變成功WA。

違反開表述。

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