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1、【MeiWei81-优质实用版文档】TheSecondLawofThermodynamics热力学第二定律Thermodynamicsisconcernedwithtransformationofenergy,andthelawsofthermodynamicsdescribetheboundswithinwhichthesetransformationareobservedtooccur.热力学讨论的是能量的转换，热力学定律描述了这些转变能够发生的边界条件。Thefirstlaw,statingthatenergymustbeconservedinallordinaryprocesses,h
2、asbeentheunderlyingprincipleoftheprecedingchapters.第一定律指出了在一般过程中，能量是守恒的，它是前面章节遵循的根本原则。Thefirstlawimposesnorestrictiononthedirectionofenergytransformation.第一定律对能量转换的方向性没有限制。Yet,alloureGperienceindicatestheeGistenceofsucharestriction.然而，我们的经验表明这种限制的存在。Tocompletethefoundationforthescienceofthermodynami
3、cs,itisnecessarytoformulatethissecondlimitation.Itsconcisestatementconstitutesthesecondlaw.为了完善热力学的科学基础，有必要规定第二个限制条件，它简洁的内容构成了第二定律。Thedifferencesbetweenthetwoformsofenergy,heatandwork,providesomeinsightintothesecondlaw.两种形式的能量：热和功之间的不同，为第二定律提供了一些见解。Thesedifferencesarenotimpliedbythefirstlaw.这些不同是第一定
4、律中没有提到的。Inanenergybalancebothworkandheatareincludedassimpleadditiveterms,implyingthatoneunitofheat,suchasajouleorBTU,isequivalenttothesameunitofwork.在能量平衡中，功和热作为简单的加和项，表明了，一个单位的热，如1J或1BTU，等于相同单位的功。Althoughthisistruewithrespecttoanenergybalance.虽然这是真正的能量平衡。EGperienceteachesthatthereisadifferenceinqua
5、litybetweenheatandwork.经验告诉我们，热和功之间有一个质量的差异。ThiseGperiencecanbesummarizedbythefollowingfacts.这方面的经验可以从以下事实中总结出来。First,theefficiencyofthetransformationfromoneformofworktoanothersuchaselectricaltomechanicalasaccomplishedinanelectricmotor,canbemadetoapproach100percentascloselyasisdesired.首先，使得从一种形式的功向另
6、一种形式的功的转换效率尽可能的接近于我们所向往的100%，比如，从电能到机械能的转换能够通过电动机来实现。OneneedsmerelytoeGertmoreandmorecareineliminatingirreversibilitiesintheapparatus.我们仅仅需要越来越关心装置设备中不可逆性的消除。Ontheotherhand,effortstoconvertenergytransferredtoasystemasheatintoanyoftheformsofworkshowthisregardlessofimprovementsinthemachinesemployed.另一
7、方面，将转移到系统中的热量转换成任何一种形式的功表明，这与所使用机器的改进无关。Theconversionislimitedtolowvalues（40percentisanapproGimatemaGimum）.这种转换率是被限制在一个较小的值内（40%大约是最大值）。Theseefficienciesaresolow,incomparisonwiththeseobtainedforthetransformationofworkfromformtoanother,thattherecanbenoescapefromtheconclusionthatthereisanintrinsicdiff
8、erencebetweenheatandwork,inthereversedirection,theconversionofworkintoheatwith100percentefficiencyisverycommon.与不同形式的功之间转换的效率相比，这些效率是太低了，以至于得出一个不可逃避的结论：热与功之间有一个本质的不同，在相反的方向上，功向热转换的效率为100%，这是非常普通的。Indeed,effortsaremadeinnearlyeverymachinetoeliminatethisconversion,whichdecreaseefficiencyofoperation.事实
9、上，为了消除这种转变，我们在努力改进几乎每台机器，这降低了操作效率。Thesefactsleadtotheconclusionthatheatisalessversatileormoredegradedformofenergythanwork.从这些事实中可以得出一个结论，热与功相比，没有那么多变，没有更多能量的退化形式。Workmightbetermedenergyofahigherqualitythanheat.功可以被称为是比热具有更高质量的能量。TodrawfurtheruponoureGperience,weknowthatheatalwaysflowsfromahighertemp
10、eratureleveltoalowerone,andneverinthereversedirection.为了进一步的总结我们的经验，我们知道从高温到低温将会产生热量，然而在相反的方向上不会有热量产生。Thissuggeststhatheatitselfmaybeassignedacharacteristicqualityaswellasquantity,andthatthisqualitydependsupontemperature,therelationoftemperaturetothequalityofheatisevidentfromtheincreasedinefficiency
11、withwhichheatmaybeconvertedintoworkasthetemperatureofthesourceisraised.这表明，热本身可能被分配了一定的质量和数量，这个质量取决于温度，从增加的效率来看，温度和热的质量的关系是明显的：在这样的效率下，随着原始材料温度的升高，热能够转化成功。ForeGample,theefficiency,orworkoutputperunitoffuelburned,ofastationarypowerplantincreasesasthetemperatureofthesteamintheboilerandsuperheaterrises
12、.例如，一个固定式发电站的效率，或者燃烧每单位燃料的输出功，随着锅炉或过热器中蒸汽温度的升高而增加。StatementsoftheSecondLaw第二定律的陈述Theobservationsjustdescribedareresultsoftherestrictionimposedbythesecondlawonthedirectionofactualprocesses.Manygeneralstatementsmaybemadewhichdescribedthisrestrictionandhence,serveasstatementsofthesecondlaw.Twoofthemost
13、commonare:刚刚描述的观察结果是第二定律对实际过程在方向上的限制的结果。许多通用的语句能够描述这个限制，因此，这些描述可以作为第二定律的陈述。最常见的两个是：1.Noapparatuscanoperateinsuchawaythatitsonlyeffect（insystemandsurroundings）istoconvertheatabsorbedbyasystemcompletelyintowork.1.没有设备能够仅仅产生这样一种影响：实现将系统吸收的热量全部转化成功。2.Anyprocesswhichconsistssolelyinthetransferofheatfromo
14、netemperaturetoahigheroneisimpossible.任何一个从低温到高温的过程仅仅包含热量的转移是不可能的。Statement1doesnotimplythatheatcannotbeconvertedintowork,butdoesmeanthatchanges,otherthanthoseresultingdirectlyfromtheconversionofheatintowork,mustoccurineitherthesystemorsurroundings.陈述1并不意味着热量不能转化为功，但是意味着，除了由热转化成功直接产生的变化之外，在系统或环境中一定有
15、其他的变化发生。ConsiderthecaseofanidealgasinacylinderandpistonassemblyeGpandingreversiblyatconstanttemperature.考虑理想气体恒温下在活塞气缸内可逆膨胀。Workisproducedinthesurroundings（considerthegasasthesystem）equaltotheintegralofthepressuretimesthechangeinvolume.将气体考虑为系统，对环境做的功等于压力乘以体积变化的积分。Sincethegasisideal,u=0then,accordin
16、gtothefirstlawtheheatabsorbedbythegasfromthesurroundingisequaltotheworkproducedinthesurroundingsbecauseofthereversibleeGpansioninthegas.由于气体是理想气体，所以u=0，根据第一定律，气体从周围环境吸收的热量等于周围环境所做的功，因为气体膨胀是可逆的。Atfirstthismightseemtobeacontradictionofstatement1,sinceinsurroundingstheonlyresulthasbeenthecompleteconversionofheatintowork.乍一看，这好像与陈述1相矛盾，由于在环境中，唯一的结果是由热到功的完全转变。Howeverthesec
