热学演示实验

第五章热学

5.1热力学第二定律（克劳修斯表述）

一、演示目的：

1、学习掌握热力学第二定律克劳修斯表述。

2、验证热力学第二定律，了解第二类永动机为什么不能实现的原因。

二、实验装置：

热力学第二定律演示仪（克劳修斯表述），如图5.1.1所示。

图5.1.1热力学第二定律演示仪

三、实验原理：

1.克劳修斯表述：

“不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是将热量从低温物体传送到高温物体而不产生其他影响”。因此在一个循环动作后，将热量从低温物体传送到高温物体，外界必须对系统做功。这种机器就是制冷机。最简单的制冷机

Q为从低温的工作原理如图5.1.2所示，W为外界对循环的工作物质所做的功，

2

Q为向高温物体放出的热量。

物体吸取的热量，

1

图5.1.2制冷机的工作原理图 图5.1.3

制冷机的效能显然决定于循环过程中外界对工作物质(实验中使用的是氟里昂)所做的功，以及工作物体从冷却室中(欲降低温度的物体)吸收的热量2Q 。常用制冷系数ε表示，其定义为：

W

Q 2=ε 如果0→W 则∞→ε，该机器在一个循环动作恢复原状态后，外面没有变化，唯一的结果就是把热量2Q 从低温物体传送到高温物体，如图5.1.3 所示，如果能做成这种机器，那么它的作用就等于热量自动从低温物体送到高温物体，系统和外界都不会发生其他变化，这是与克劳修斯表述相矛盾的，是不可能的。

2、仪器装置及原理

图5.1.4是实验装置工作流程图。实验的工作物质，一般选取凝结温度或沸点较低的气体。本装置用的是碳氟化合物中的氟里昂，其沸点为-29.8℃,它在温室（20℃）、常压（一个标准大气压）下是气体。在室温、高压（10倍标准大气压）下是液体。如图4所示，当工作物质在压缩机中被压缩成压强为大气压强的10余倍时，变为温度为70℃的气体，经与冷凝器（高温高压）放出热量Q 后转变为常温态的液体，然后经干燥器、毛细管后，即绝热膨胀，压强下降到大气压强的3倍以下，此时液体在低压下沸腾气化，吸收热量2Q ，经冷却室（蒸发器）其温度进一步下降，然后再次进入压缩机中，再被压缩，重复上述循环。这样一个循环，即将热量2Q 从低温物体送至高温物体B ，外界做功为W 。