【等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律-查字典问答网
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  【等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?】

  等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?

1回答
2020-04-1611:51
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梁正峰

  首先,二者不矛盾.说明如下:

  1、定律:开尔文-普朗特说法(1851年):不可能制造出从单一热源吸热,使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发电机.

  (1)这里强调的是“不留下其他任何变化”,是指对热机内部、外界环境及其他所有(一切)物体都没有任何变化.

  开尔文-普朗特说法说明了热转化为功,必须要将一部分热量转给低温物体(注意,这可是一个自发过程,高温向低温传热哦),也即必须要有一个“补偿过程”为代价.

  (2)热全部转化为功,是可以的,但必须要“留下其他变化”.如等温过程中,热可以全部转变成功,但这时热机内部工质的“状态”变了(即不能回到初始状态.其实,这样无限制膨胀的热机必然无限大,且其比体积也趋向无穷大,故实际上这样的热机是不存在的),是留下了变化的.

  3、举例——封闭体系理想气体的等温膨胀

  对于封闭体系理想气体的等温膨胀,有

  Q=△U+W

  由于过程是等温的,故△U=0

  因而Q=W

  即在此条件下,热(系统吸热)全部转化为功,但此时,系统(气体)不能恢复原有状态了,即p、v发生了变化(不能复原),是有“变化”的,因而是不违背热力学第二定律.

  实际上,工质熵变为△S=Q/T,环境熵变为△So=-Q/To

  由于系统从环境吸热,故

  To≥T

  现将环境与系统组成一个孤立系,则孤立系的总熵变为

  △Siso=△S+△So=Q(1/T-1/To)=Sg≥0

  显然是不违背热力学第二定律的.

  但从这也是可以看出,只要系统等温膨胀,就可以实现热最大程度地转化为功,且当系统温度与环境温度相等时,整个系统可逆(无功损失),是最理想的.

2020-04-16 11:53:07
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