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确定之后
2、，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Q1，对外做功，并向低温热源散热Q2。两个绝热过程中，没有热传递，做功等于内能变化，为相反数。两个等温过程中，热量交换加上做功等于0，因此， 在高温热源吸热：在低温热源放热：利用绝热过程的状态方程： ，即 ，即 有上述公式可得卡诺热机的效率，即最大效率：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Q1。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：例1、
3、有一卡诺致冷机，从温度为-10的冷藏室吸取热量，而向温度为20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27和127两个热源之间运转(1)若在正循环中，该机从高温热源吸热1.2103 cal，则将向低温热源放热多少?对外作功多少?(2)若使该机反向运转(致冷机)，当从低温热源吸热1.2103cal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
4、(T1T2)(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30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20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20? (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20?三、热传递方式1、热传导考虑长度为l，横截面积为S的柱体，两端截面处的温度为，且，则热量沿着柱体长度方向传递，在t时间内通过横截面S所传递的热量为其中，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：式中，称为斯忒藩常数
5、。如果不是黑体，单位表面积的辐射功率J记为式中叫表面辐射系数，其值在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R16106m、R27 108m，地球与太阳的距离d151011m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的圆筒，筒内装水0.6kg，在阳光垂直照射下，经2min温度升高1，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和，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)
