热力学第二定律的不同表述,热力学第二定律的开尔文-普朗克表述和热力学第二定律的克劳修斯表述。

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基于卡诺发现的热力学第二定律

这可能是所有表述中最古老的了,它说,热量的自然趋势是从高温热源流向低温热源它是基于萨迪卡诺1824年,他说热机的效率不取决于工作流体的类型,而取决于循环内的最高和最低温度。

卡诺说,发动机所做的功不是由于热量的消耗;而是由于热量从高温储层向低温储层的输送。热机循环效率随着循环内最高温度值的增大和循环内最低温度值的减小而增大。最大值与最小值之差越大,热机循环效率越高。卡诺循环给出了热机循环中所能获得的最大效率。

热力学第二定律,由开尔文-普朗克提出

开尔文-普朗克的说法是基于这样一个事实:热机循环的效率从来都不是100%。这意味着在热机循环中,总有一些热量被排斥到低温热源。热机循环总是在两个热源之间工作并做功。

开尔文-普朗克对热力学第三定律的表述是:“如果热机只与单一固定温度的物体交换热量,那么热机在一个完整的循环中是不可能产生净功的。”因此,为了做功,循环应该与两个不同温度的热源交换热量。高温储层称为源,低温储层称为汇。

根据上面的表述,只要源和汇之间有温差,循环中就会产生净功。在适当的时间,如果源失去太多的热量,汇获得太多的热量,它们的温度变得相等,在循环中产生的净功将为零。

开尔文-普朗克表述了在循环中做功的条件,卡诺表述了在循环中可以获得的最大功或效率。

克劳修斯热力学第二定律

从前面的叙述中我们知道,热的自然趋势是从高温热源流向低温热源。但是如果我们要把热量从低温热源转移到高温热源呢?这一点已经被克劳修斯热力学第二定律的陈述澄清了,该陈述说,热量的反向传递永远不会自发发生。

克劳修斯提出的热力学第二定律是这样的:“不可能制造出这样一种装置,它在循环运行时,除了将热量从较冷的物体转移到较热的物体之外,不会产生任何影响。”这个公式说,要把热量从低温热源转移到高温热源,在循环过程中要做一些外部功。这句话一直是所有冰箱、热泵和空调工作的基础。

参考

书:工程热力学由P K Nag

什么是热力学

热力学第一定律

热力学第二定律的应用

热力学第二定律

热力学第三定律

卡诺循环和卡诺定理:热力学第二定律的工作和关系-第1部分

热力学斯特林循环和斯特林发动机-第1部分

埃里克森循环

热力学奥托循环:空气标准循环:第2部分