普通物理學：7-7可逆過程與不可逆過程__卡諾定理

7-7 可逆過程與不可逆過程可逆過程與不可逆過程 卡諾定理卡諾定理可逆過程：可逆過程：系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中, ,逆過程能重復正逆過程能重復正過程的每一個狀態(tài)過程的每一個狀態(tài), ,且不引起其他變化的過程。且不引起其他變化的過程。 在熱力學中，過程可逆與否與系統(tǒng)所經歷的在熱力學中，過程可逆與否與系統(tǒng)所經歷的中間狀態(tài)是否為平衡狀態(tài)有關。中間狀態(tài)是否為平衡狀態(tài)有關。 實現的條件實現的條件: :過程無限緩慢過程無限緩慢, ,沒有耗散力作功。沒有耗散力作功。不可逆過程：不可逆過程：在不引起其它變化的條件下，不能在不引起其它變化的條件下，不能使逆過程重復正過程的每一個狀態(tài)的過程。使逆過程重復正過程的每一個狀態(tài)的過程。1.可逆過程與不可逆過程可逆過程與不可逆過程b.不平衡和耗散等因素的存在，是導致過程不可不平衡和耗散等因素的存在，是導致過程不可 逆的原因，只有當過程中的每一步，系統(tǒng)都無逆的原因，只有當過程中的每一步，系統(tǒng)都無 限接近平衡態(tài)，而且沒有摩擦等耗散因素時，限接近平衡態(tài)，而且沒有摩擦等耗散因素時， 過程才是可逆的。過程才是可逆的。c.不可逆過程并不是不能在反方向進行的過程，不可逆過程并不是不能在反方向進行的過程， 而是當逆過程完成后，對外界的影響不能消除。而是當逆過程完成后，對外界的影響不能消除。a.自然界中一切自發(fā)過程都是不可逆過程。自然界中一切自發(fā)過程都是不可逆過程。討論：討論：可逆過程與不可逆過程可逆過程與不可逆過程2. 卡諾定理卡諾定理 (1) (1) 在溫度為在溫度為 的高溫熱源和溫度為的高溫熱源和溫度為 的低溫熱的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機，效率都相等，而與工源之間工作的一切可逆熱機，效率都相等，而與工作物質無關，其效率為作物質無關，其效率為: :1T2T121TT (2) (2) 在溫度為在溫度為 的高溫熱源和溫度為的高溫熱源和溫度為 的低溫熱的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大于可源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大于可逆熱機的效率。逆熱機的效率。1T2T121TT 卡諾定理指出了提高熱機效率的卡諾定理指出了提高熱機效率的途徑途徑： a. . 使熱機盡量接近可逆機；使熱機盡量接近可逆機； b. . 盡量提高兩熱源的溫度差。盡量提高兩熱源的溫度差。卡卡 諾諾3.卡諾定理的證明卡諾定理的證明 （1）在溫度為在溫度為 的高溫熱源和溫度為的高溫熱源和溫度為 的低溫熱的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機，效率都相等，而與工源之間工作的一切可逆熱機，效率都相等，而與工作物質無關，其效率為作物質無關，其效率為: :1T2TA1T1Q2T2Q2Q1Q1Q可逆熱機E 卡諾熱機E2Q121TT 工作在相同的高低溫熱源工作在相同的高低溫熱源 T1、T2 間的間的卡諾熱機卡諾熱機 E 與可與可逆熱機逆熱機 E , 設法使之做相設法使之做相等的功等的功 A 而連接起來。它們的而連接起來。它們的效率分別為效率分別為:11,QAQA 用反證法，假設用反證法，假設11QAQA得到得到11QQ 2121QQQQ22QQ 兩部熱機一起工作，成為一部復合機，結果外界不對兩部熱機一起工作，成為一部復合機，結果外界不對復合機作功，而復合機卻將熱量復合機作功，而復合機卻將熱量 從低溫熱源送到高溫熱源，違反熱力學第二定律。從低溫熱源送到高溫熱源，違反熱力學第二定律。2121QQQQ所以所以 不可能，即不可能，即反之可證反之可證 不可能，即不可能，即121TT卡諾定理的證明卡諾定理的證明 (2) (2)在溫度為在溫度為 的高溫熱源和溫度為的高溫熱源和溫度為 的的 低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率 不可能大于可逆熱機的效率。不可能大于可逆熱機的效率。1T2T121TT 同上的方法，用一不可逆熱機同上的方法，用一不可逆熱機 代替代替 可逆熱機可逆熱機 E E 可證明可證明: :卡諾定理的證明卡諾定理的證明 (2) (2)在溫度為在溫度為 的高溫熱源和溫度為的高溫熱源和溫度為 的的 低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率 不可能大于可逆熱機的效率。不可能大于可逆熱機的效率。1T2T121TT 同上的方法，用一不可逆熱機同上的方法，用一不可逆熱機 代替代替 可逆熱機可逆熱機 E E 可證明可證明: :卡諾定理的證明卡諾定理的證明