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，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 1，对外做功，并向低温热源散热Q 2。

两个绝热过程中，没有热传递，做功等于内能变化，为相反数。

2i W nR T =
∆ 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：21111
ln V Q W nRT V =-= 在低温热源放热：42223ln
V Q W nRT V =-= 利用绝热过程的状态方程：
2233
PV PV γγ=，即 112132V nRT V nRT γγ--= 4411
PV PV γγ=，即 114211V nRT V nRT γγ--= 有上述公式可得卡诺热机的效率，即最大效率：
121211
Q Q T T Q T η--== 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Q 2，向高温热源散热Q 1。

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：
221212
Q T Q Q T T ω==--
例1、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1.2×103 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1.2×103cal 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P 0．
(1)夏天室外温度恒为T 1，启动空调器连续工作，最后可将室温降至恒定的T 2．室外通过热传导在单位时间内向室内传输的热量正比于(T 1－T 2)(牛顿冷却定律)，比例系数A ．试用T 1，P 0和A 来表示T 2．
(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21,T T ，且21T T >，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
t S l T T K Q ∆-=21
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：
4T J σ= 式中4281067.5K m W ⋅⨯=-σ，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
4T J εσ=
式中ε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R 1＝6×106m 、R 2＝7× 108m ，地球与太阳的距离d ＝
1．5×1011m ．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2
3dm 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m R 8107⨯=和m d 11105.1⨯=，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4281067.5K m W ⋅⨯=-σ)。