等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/24 20:30:37
等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?
等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?
等温膨胀时,系统吸收的热量全部用来作功,这和热力学第二定律有没有矛盾?为什么?
首先,二者不矛盾.说明如下：
1、定律：开尔文－普朗特说法（1851年）：不可能制造出从单一热源吸热,使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发电机.
（1）这里强调的是“不留下其他任何变化”,是指对热机内部、外界环境及其他所有（一切）物体都没有任何变化.
开尔文－普朗特说法说明了热转化为功,必须要将一部分热量转给低温物体（注意,这可是一个自发过程,高温向低温传热哦）,也即必须要有一个“补偿过程”为代价.
（2）热全部转化为功,是可以的,但必须要“留下其他变化”.如等温过程中,热可以全部转变成功,但这时热机内部工质的“状态”变了（即不能回到初始状态.其实,这样无限制膨胀的热机必然无限大,且其比体积也趋向无穷大,故实际上这样的热机是不存在的）,是留下了变化的.
3、举例——封闭体系理想气体的等温膨胀
对于封闭体系理想气体的等温膨胀,有
Q=△U+W
由于过程是等温的,故 △U=0
因而 Q=W
即在此条件下,热（系统吸热）全部转化为功,但此时,系统（气体）不能恢复原有状态了,即p、v发生了变化（不能复原）,是有“变化”的,因而是不违背热力学第二定律.
实际上,工质熵变为 △S=Q/T,环境熵变为 △So=-Q/To
由于系统从环境吸热,故
To≥T
现将环境与系统组成一个孤立系,则孤立系的总熵变为
△Siso=△S+△So=Q(1/T-1/To)=Sg≥0
显然是不违背热力学第二定律的.
但从这也是可以看出,只要系统等温膨胀,就可以实现热最大程度地转化为功,且当系统温度与环境温度相等时,整个系统可逆（无功损失）,是最理想的.