关于热力学第二定律的详细理解

Question

如题所述

Answer 1

开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全转变为有用功而不产生其它影响。这个表述透彻理解稍有难度。所谓单一热源，就是一个温度处处相等并且恒温的热库（热容量极大，不因吸放热而改变它的温度）。换句话可以这么说，要使热变成功又不产生其它影响，那么（系统、即工作物质）一定要与两个或以上的热源交换热量，即从高温热源吸热，将其中的一部分变为功，另一部分仍以热的形式放出系统（至低温热源）。任何的热机都是这样工作的，热机经历一个工作循环后系统和外界（两个或更多热源）总的看来，除了有热变功以外，没有其它任何变化。这就表明热机的效率（不是机械效率，而是热功转化效率）不可能是100%（即便没有摩擦没有因漏气等因素存在的散热）。再换句话说，如果是100%（只吸热、不放热，吸的热全部变功），必然只涉及一个单一热源（假定有两个温度不同的热源与系统热交换，系统必然会从高温处吸热，低温处放热），从而与开表述矛盾。

要使热机能够循环工作，向低温热源放热是必不可少的，不可避免的，这是大量实践证明的，开尔文正是将热机工作中这一规律用更准确的更普遍（也更抽象）的语言表述出来，才得到了热二律的开尔文表述（表述中并未涉及热机的字样，说明这个表述不仅的适用于热机还适用于任意的宏观过程）。

开尔文表述还可以换成另一种表达：从单一热源吸取热量，使之完全转变为有用功，必定会产生其它影响。例如理想气体等温膨胀，过程中气体仅从一个热源吸热，而没有放热，理想气体等温膨胀，内能不变，故吸热全部变功，然而过程中除了热功转化外，还发生了其他变化，（气体体积变大了，压强变小了）。要使这个变化不发生，又要将热量全部变功（即效率100%），那就是不可能的。怎样才能让这个变化不发生呢？系统必须经历一个循环过程（经过一个循环系统体积、压强又复原了），任何热机想要连续工作（而不是膨胀一下就停止，这样的“一锤子买卖”），必须经历循环过程，而循环过程系统不可避免要与两个或以上温度不同的热源交换热量（高温处吸热，低温处放热，一条等温线不可能构成循环）。

楼主可参考理想气体卡诺循环把问题弄透彻。

Answer 2

就是要使一个低温物体变成高温物体，不可能自发完成，必须有外界因素影响。追问

主要是关于开尔文的那条解释，什么热库做功不可能对外界无影响是什么意思？而且为什么啊？书上说对外做功一定会放出热气等，导致即使在理想状态下机械效率也不可能100%，但是有的不对外释放气体的机械的效率为什么不可为100%啊？

追答

就是要想使温度低的升温，一定要引起其他物质的变化，比如做功，热传递，不论什么方法你都改变了这个使低温升温的物体，你要是做功呢，那个物体就要把它自身的能量转化为对外界的功，你要是传热呢，他的温度就降低，无论怎样，他都发生变化了。就是你放置一杯热水，他可以自然变凉，但是放置一杯凉水，他是不会主动变热的，除非有外加因素，而你一旦施加了外界因素，就对外界产生了影响。
谁说对外做功一定放热气？
理想状态无摩擦，无能量损耗，效率绝对是100%。

追问

书上有一句话讲说理想状态无摩擦无热损效率也不为100%，然后就懵了...

Answer 3

工作效率为100%的机械只有一个，那就是电暖气。
电能全部转化为热能，全是有用功。
其他的机械都是浮云。