二、Clausius和Kelvin说法的等效性 ·采用反证法证明： √假定与Clausius说法相反，即 高温热源(Th) 热量Q.可从低温热源自动传到高 温热源而不引起其他变化。 W= √若令一Carnot热机在高低温热 R 2-19. 源间工作，从T吸热Q,部分对 外做功W,且传给T的热为Q。 与前假设热传导形成一循环过程。 低温热源(T) √循环终了时，低温热源得失热量之和为0，没有变化。 √净结果为：Carnot热机从单一热源T,吸热|Q-H2.l, 且全部变为功而没有其他变化。则违反了Kelvin说法。 √因此，当初假设不成立。 11
11 ӂȽClausiusૂKelvin䈪⌋Ⲻㅿ᭾ᙝ • 䟷⭘৽䇱⌅䇱᰾˖ 9 ۇٴᇊоClausius䈤⌅৽ˈণ ✝䟿QcਟӾվ✝Ⓚ㠚ࣘՐࡠ儈 ✝Ⓚ㘼нᕅ䎧ަԆਈॆDŽ 9 㤕ԔаCarnot✝ᵪ൘儈վ✝ Ⓚ䰤ᐕˈӾTh੨✝Qh ˈ䜘࠶ሩ ཆ࣏ڊW ˈфՐ㔉TcⲴ✝ѪQc ˈ оۇٴࡽ䇮✝Րሬᖒᡀаᗚ⧟䗷〻DŽ _Qh__Qc_ վ✝Ⓚ(Tc) _Qh_ _Qc_ R 儈✝Ⓚ(Th) _Qc_ _W_ = 9 ᗚ⧟㓸Ҷᰦˈվ✝Ⓚᗇཡ✝䟿ѻ઼Ѫ0ˈ⋑ᴹਈॆ DŽ 9߰㔃᷌Ѫ˖ Carnot✝ᵪӾঅа✝ⓀTh੨✝_Qh__Qc_ ˈ фޘ䜘ਈѪ࣏㘼⋑ᴹަԆਈॆDŽࡉ䘍৽ҶKelvin䈤⌅DŽ 9 ഐ↔ˈᖃۇٴࡍ䇮нᡀ・DŽ
>思考题：若Kelvin说法不成立， 则Clausius说法也不能 成立。IQhl-|Qc 高温热源(Th) R Hot source 12 Flow of Heat energy 低温热源(T) EngineWork ·Kelvin说法亦可表为：第二类永动机是不可能实现的 ☒第二类永动机，指一种能够从单一热源吸热，并将所 吸收的热全部变为功而无其他影响的假想机器。 12
12 ¾ ᙍ㘳仈˖㤕Kelvin䈤⌅нᡀ・ˈࡉClausius䈤⌅ҏн㜭 ᡀ・DŽ • Kelvin䈤⌅Ӗਟ㺘Ѫ˖ㅜҼ㊫≨ࣘᵪᱟнਟ㜭ᇎ⧠Ⲵ :ㅜҼ㊫≨ࣘᵪˈᤷа⿽㜭ཏӾঅа✝Ⓚ੨✝ˈᒦሶᡰ ੨᭦Ⲵ✝ޘ䜘ਈѪ࣏㘼ᰐަԆᖡ૽ⲴۇٴᜣᵪಘDŽ _ Qh_ _ Qc_ 儈✝Ⓚ(Th) վ✝Ⓚ(Tc) _ Qc_ _ Qh_ R _W_
三、对热力学第二定律的进一步理解 1.热和功转换的不可逆性 ·虽然热和功都是能量传递形式， 而且是可以相互转换 的，但这种转换并不是等价的。 。 功可以无条件地转换为热；但是从单一热源所吸的热 不能全部无条件地转换为功。 。 功是能量传递的高级形式，为有序能，即系统中所有 微观粒子同时发生定向运动时来传递能量的形式。 ·热是能量传递的低级形式，为无序能，通过系统与环 境的微观粒子无规则热运动碰撞来传递能量的形式。 。】 所以，高级能可以无条件地全部转变为低级能；但低 级能全部转变为高级能是有条件的，或伴随有其他变 化。即经过循环系统复原时，会对环境留下影响。1
13 пȽሯ✣࣑ᆜㅢӂᇐᗁⲺ䘑ж↛⨼䀙 1. ✝઼࣏䖜ᦒⲴнਟ䘶ᙗ • 㲭❦✝઼࣏䜭ᱟ㜭䟿Ր䙂ᖒᔿˈ㘼фᱟਟԕӂ䖜ᦒ Ⲵˈն䘉⿽䖜ᦒᒦнᱟㅹԧⲴDŽ • ࣏ਟԕᰐᶑԦൠ䖜ᦒѪ✝˗նᱟӾঅа✝Ⓚᡰ੨Ⲵ✝ н㜭ޘ䜘ᰐᶑԦൠ䖜ᦒѪ࣏DŽ • ࣏ᱟ㜭䟿Ր䙂Ⲵ儈㓗ᖒᔿˈѪᴹᒿ㜭ˈণ㌫㔏ѝᡰᴹ ᗞ㿲㋂ᆀ਼ᰦਁ⭏ᇊੁ䘀ࣘᰦᶕՐ䙂㜭䟿ⲴᖒᔿDŽ • ✝ᱟ㜭䟿Ր䙂Ⲵվ㓗ᖒᔿˈѪᰐᒿ㜭ˈ䙊䗷㌫㔏о⧟ ຳⲴᗞ㿲㋂ᆀᰐ㿴ࡉ✝䘀ࣘᫎ⻠ᶕՐ䙂㜭䟿ⲴᖒᔿDŽ • ᡰԕˈ儈㓗㜭ਟԕᰐᶑԦൠޘ䜘䖜ਈѪվ㓗㜭˗նվ 㓗㜭ޘ䜘䖜ਈѪ儈㓗㜭ᱟᴹᶑԦⲴˈᡆդ䲿ᴹަԆਈ ॆDŽণ㓿䗷ᗚ⧟㌫㔏༽ᰦˈՊሩ⧟ຳ⮉лᖡ૽DŽ
2.热力学第二定律的前提条件 ·两个表述中的“不发生其他变化”，可理解为热力学 第二定律的前提条件。 (I)不能把Kelvin说法简单理解为“功可以完全变为热， 而热不能完全变为功” 不是热不能完全变为功；而是在不引起其他变化或影 响的条件下，热不能完全变为功。 ·例如理想气体等温膨胀时，从环境热源所吸的热就可 以完全变为功，但此时系统状态发生变化，体积变大。 14
14 2. ✝࣋ᆖㅜҼᇊᖻⲴࡽᨀᶑԦ • єњ㺘䘠ѝⲴĀнਁ⭏ަԆਈॆāˈਟ⨶䀓Ѫ✝࣋ᆖ ㅜҼᇊᖻⲴࡽᨀᶑԦDŽ (1) н㜭ᢺKelvin䈤⌅ㆰঅ⨶䀓ѪĀ࣏ਟԕᆼޘਈѪ✝ˈ 㘼✝н㜭ᆼޘਈѪ࣏ā • нᱟ✝н㜭ᆼޘਈѪ࣏˗㘼ᱟ൘нᕅ䎧ަԆਈॆᡆᖡ ૽ⲴᶑԦлˈ✝н㜭ᆼޘਈѪ࣏DŽ • ֻྲ⨶ᜣ≄փㅹ㟘㛰ᰦˈӾ⧟ຳ✝Ⓚᡰ੨Ⲵ✝ቡਟ ԕᆼޘਈѪ࣏ˈն↔ᰦ㌫㔏⣦ᘱਁ⭏ਈॆˈփ〟ਈབྷDŽ
(2)不能把Clausius说法简单理解为“热只能从高温物体 传到低温物体，而不能从低温物体传到高温物体”。 ·例如：冷冻机可以把热从低温物体传到高温物体；但 是这种传递伴随着环境对冷冻机输入非体积功，且这 部分功也转变为热一起传递给高温物体，即同时发生 了功→热的不可逆转换。 15
15 (2) н㜭ᢺClausius䈤⌅ㆰঅ⨶䀓ѪĀ✝ਚ㜭Ӿ儈⢙փ Րࡠվ⢙փˈ㘼н㜭Ӿվ⢙փՐࡠ儈⢙փāDŽ • ֻྲ˖ߧ߫ᵪਟԕᢺ✝Ӿվ⢙փՐࡠ儈⢙փ˗ն ᱟ䘉⿽Ր䙂դ䲿⵰⧟ຳሩߧ߫ᵪ䗃ޕ䶎փ〟࣏ˈф䘉 䜘࣏࠶ҏ䖜ਈѪ✝а䎧Ր䙂㔉儈⢙փˈণ਼ᰦਁ⭏ Ҷ࣏o✝Ⲵнਟ䘶䖜ᦒDŽ