Video在线视频

欢迎大家回到

高等化工热力学MOOC课堂

今天我们介绍热力学中

重要但是晦涩的内容

热力学第二定律

在前面的学习中

我们已经学习了

热力学四大基本假设

和热力学第一定律

实际上热力学第一定律

就是热力学第三基本假设

也就是能量概念的基础上

依据实验观测

得到的能量守恒定律

只不过在热力学系统中

依据系统边界性质的差异

将热交换 功相互作用

和物质的传递考虑了进来

发展了封闭系统和开放系统的

热力学第一定律

热力学第一定律非常强大

但是它无法告诉我们

在外界环境发生变化时

系统随之发生变化的方向是什么

这就要求我们

发展新的概念和理论

来测量系统发生变化的方向

我一直强调

热力学是基于大量实验观察

逐步发展起来的

是伴随着人类在能量利用过程中

而产生的

在生产实践过程中

人们总是希望

将热转化成为机械功

在热力学历史

那部分内容的介绍中

我们知道

蒸汽机就是将热转化成功的装置

热力学家将蒸汽机

进行了理论的抽象

提出了各种各样的热机的概念

也就是将热转化成功的装置

而本身并不积累能量

在工程实践中

最为著名的就是以水为工质的

兰金热机

人们总是希望

将热能尽可能的转化成功

最好全部都转化成功

但是大量实验发现

这是不可能的

因为它违背了

热力学第二基本假设

也就是说

热转化成功是存在极限的

在寻找这个极限的过程中

人们发明了各种各样的热机

于是大家希望对这些热机

进行好和坏的评价

这就涉及了热机效率

于是人们找到了

将从高温热源取热

向低温热源放热

同时将热转化成功的

最高热机效率 eta5

和将从低温热源取热

同时向高温热源放热

同时将功转化成热的

最低热机效率 eta6

在一般情况下

eta_5总是小于等于 eta_6的

当eta_5 等于 eta_6的时候

出现了热力学中

最重要的一个概念

过程的可逆性

这是人们梦寐以求的

热功转化极限

将热机与可逆性结合起来

我们就得到了

理想的可逆热机

鉴于卡诺在热力学

第二定律方面的杰出贡献

可逆热机也被称之为卡诺热机

通过可逆热机

我们重新定义了热力学温度

这个温度与前面

我们通过理想气体实验

所确定的热力学温度是一致的

紧接着

我们对系统任意一个

两状态之间的可逆过程

希望能够用某些特殊的过程

比如说 等温变化

绝热变化等来进行定量的描述

这可以实现吗

克劳修斯通过克劳修斯定理

帮助我们实现了这样的愿望

更为重要的是

他引入了热力学中

最最重要的导出性质——熵

熵的概念

不仅仅活跃在热力学领域之中

随着人类认知的不断发展

人类用熵来描述社会 经济

生命等等各个领域

成为了一个普遍化的概念

至此 我们就介绍了

热力学第二定律的全部内容

在这个过程中

大家似乎没有发现

热力学第二定律的概念

这也就是第二定律的魅力所在

我们一直在描述

而且有很多种不同的描述

但是却没有统一的一个定义

不同的学科方向

有着不同的描述

而它的根基在于

热力学的第二基本假设

将热力学第二定律

与热力学第一定律结合

我们就得到了

热力学基本关系式

也被称之为热力学基本方程

它本质上是热力学第一定律

加上可逆性条件之后

对于简单系统的描述

也是我个人认为

在整个经典热力学学习过程中

唯一值得记忆的基本方程

最后 我们对功的可逆性

进行了描述

给出了工程热力学中

最小用功量

或者最大获功量的可逆功

在本章节中

我们重点学习的就是可逆性

克劳修斯定理 熵

热力学基本关系式和可逆功