《中学物理竞赛讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中学物理竞赛讲义（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、8.3 热力学第二定律 热传递方式一、热力学第二定律表述 1：热量只能自发的从高温物体转移至低温物体。如果想让热量由低温物体转移到高温物体,一定会引 起其他变化（需要做功）。热传递的方向性表述 2：不可能从单一热源取热,把它全部变为功而不产生其他任何影响 机械能、内能转化的方向性（能量耗散）表述 3：有序到无序,熵增加第一类永动机：不需要动力的机器,它可以源源不断的对外界做功违反能量守恒定律第二类永动机：从单一热库吸收热量,全部用于做功。违反热力学第二定律：机械能与内能的转化具有方向性,机械能可以转化内能,但内能却不能全部转化为 机械能而不引起其它变化。二、卡诺循环 当高温热源和低温热源的温度
2、确定之后 ,所有热机中,按照卡诺循环运行的热机效率是最高的。（证明 略）卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。从高温热源等温吸热Q对外做功，并向低温热源散热 Q2。两个等温过程中，热量交换加上做功等于0，因此，V 在高温热源吸热：Q二-W二nRT In寺1 ii V1V 在低温热源放热：Q =-W = nRT In 42 22 V3吐:J:两个绝热过程中，没有热传递，做功等于内能变化，为相反数。W = jnRAT利用绝热过程的状态方程：PV Y 二 PV Y，即 V znRT = V y-mRT2 23 3PV Y 二 PVY，即 V Y-inRT 二 VY-inRT4 411一有上述公式
3、可得卡诺热机的效率,即最大效率：Q - Q T - Tr耳=12 =Q T11如果将上述过程反过来，叫做逆卡诺循环,即在外界做功W的帮助下，从低温热源吸热q2,向高温热源散 热Q。例如空调、冰箱都有这种功能。（但现实中的空调、冰箱不一定满足逆卡诺循环的条件）。对于逆卡诺循环，常用制冷系数进行描述：Q T3 =2= 2Q - Q T - T1 2 1 2例1、有一卡诺致冷机，从温度为-10C的冷藏室吸取热量，而向温度为20C的物体放出热量。设该致冷机所耗 功率为15kW,问每分钟从冷藏室吸取的热量是多少？例2、一卡诺机在温度为27C和127C两个热源之间运转.（1）若在正循环中，该机从高温热源吸
4、热1.2x103 cal，则将向低温热源放热多少?对外作功多少?若使该机反向运转(致冷机)，当从低温热源吸热1.2xl03cal热量,则将向高温热源放热多少?外界作功多少?例 3、某空调器按可逆卡诺循环运转,其中的作功装置连续工作时所提供的功率为 P0(1) 夏天室外温度恒为T1,启动空调器连续工作，最后可将室温降至恒定的T2.室外通过热传导在单位时间内 向室内传输的热量正比于(TT2)(牛顿冷却定律)，比例系数A试用T1,P0和A来表示T2.(2) 当室外温度为30C时，若这台空调器只有30%的时间处于工作状态，室温可维持在20C.试问室外温度最 高为多少时，用此空调器仍可使室温维持在20C
5、?(3) 冬天，可将空调器吸热、放热反向.试问室外温度最低为多少时,用此空调器可使室温维持在20C?三、热传递方式1、热传导考虑长度为1,横截面积为S的柱体，两端截面处的温度为T1，-，且T1 J,则热量沿着柱体长度方向传递, 在厶t时间内通过横截面S所传递的热量为T - TQ = K 12 SAt1其中,K为导热系数。2、热对流3、热辐射黑体：吸收所有的电磁辐射，无任何反射。与此同时，黑体自身也会向外辐射，单位面积的辐射功率为：J 二b T 4式中b二5.67 x10-8 W m2 -K4，称为斯忒藩常数。如果不是黑体，单位表面积的辐射功率J记为J = g T 4式中E叫表面辐射系数,其值在
6、0和1之间，由物体性质决定。 对于温度不变的黑体来说，存在着吸收辐射和向外辐射的平衡。例4、如图所示，两根金属棒A、B尺寸相同,A的导热系数是B的两倍，用它们来导热，设高温端和低温端温度恒定，求将A、B并联使用与串联使用的能流之比.设棒侧面是绝热的.例5、已知地球和太阳的半径分别为R = 6x106m、R2 = 7x 108m,地球与太阳的距离d = 1. 5x10nm.若地球 与太阳均可视为黑体,试估算太阳表面温度例6、取一个不高的横截面积是3dm2的圆筒，筒内装水0.6kg，在阳光垂直照射下，经2min温度升高1C,若把 太阳看成黑体，已知太阳半径和地球到太阳的距离分别为R = 7 x I。8 m和d = 1.5 x 10ii m，并考虑到阳光传 播过程中的损失，地球大气层的吸收和散射，水所能吸收的太阳能仅是太阳辐射能的一半，试估算太阳表面的 温度。（已知& 二 5.67 x 10一8 Wm2 K4）
