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作者 杨 鑫 第8章 热力学基础 8.3 热力学第二定律 * 作者 杨 鑫 系统从某一状态出发 2.特征 一、循环过程的特征 1.定义 经 过 一 系 列 的 状态变化过程 又回到初始状态 内容回顾 3.热功的转换关系 在一个循环过程中 系统对外所作的净功 在P-V图 上等于 循环曲线所包围的面积 1.正循环 (1)定义 按正循环工作的机器 (2)热机 (3)热机效率 二、正循环和逆循环 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 2.逆循环 (1)定义 按逆循环工作的机器 (2)致冷机 (3)制冷系数 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 1.卡诺热机的效率 2.卡诺致冷机的致冷系数 由两个等温过程和两个绝热过程组成 三、卡诺循环 8.3 热力学第二定律 一、热力学第二定律的两种表述 二、可逆过程和不可逆过程 三、热力学第二定律的微观意义 四、热力学第二定律的统计意义 五、玻尔兹曼熵 在一个循环中 实践证明 效率达到100％的热机是无法实现的 一、热力学第二定律的两种表述 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 只从单一热源吸热 并使之完全变为功 循环效率就可达到100% 1.开尔文表述 任何循环动作的热机 (1)定 义 违背了热力学第二定律的开尔文表述 (2)第二类永动机 从 单 一 热源吸热 第二类永动机是不可 能 实现的 原 因 视频: 第二类永动机 演示：等温彭胀 只从单一热源吸收热量 使之完全变成有用的功 不产生其它影响 是不可能的 并全部转变为功的热机 2.克劳修斯表述 热量不 能自动地由低温物体传向高温物体 外界不对系统作功 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 一 定 热量可以不断地 从 低 温 热 源 传 到高温热源 是否可能 ？ 使 这 个 过 程反向进行 二、可逆过程和不可逆过程 1.定义 系统从状态Ⅰ出发 Ⅰ→Ⅱ过程 系 统 和 外 界都 恢 复 到 原来的状态 条件一 条件二 经过一系列 的 中间状态 最后到达状态Ⅱ 由状态Ⅱ经与原过程一样的那些中间状态 能 返 回 到 原状态Ⅰ 即原过程对系统和外界所产生的一切影响都被消除 可逆过程 不满足 不可逆过程 热传导 功热转换 2.热力学第二定律的实质 气体自由膨胀 自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程 视频： 不可逆过程 都是不可逆的 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 低温热源T2 高温热源T1 工作 物质 恒 温 热 源 等温膨胀 无摩擦 无限缓慢 膨胀过程 可逆过程 准静态过程 一切自然过程总是沿着 三、热力学第二定律的微观意义 1.实例 (1)功热转换 自然 过程 (3) 气 体自由膨胀 2.微观意义 (2)热 传 导 有序运动状态 转化 无序运动状态 自然 过程 无序 运动状态 转 化 无序 运动状态 程度小 程度大 无序性增大的方向进行 指出左边是哪个或哪几个分子 四、热力学第二定律的统计意义 真空 微观状态 宏观状态 指出左边有 几个分子 A4B0 A3B1 A2B2 A1B3 A0B4 宏观状态 右 边 有 几个分子 右边是哪个或 哪 几 个分子 微观状态 A B 宏观 状态 宏观状态对应的微观状态数 热力学概率Ω A4B0 A3B1 A2B2 A1B3 A0B4 4 个粒子 对孤立系统 微观态数 16 24 ＝ 2N 自然过程 总是沿着热力学概率增大的方向进行 玻尔兹曼 1.定义 2.熵的微观意义 系统内分子无序性的量度 3.熵增加原理 在孤立系统中所进行的自然过程 熵 五、 总是沿着熵增大的方向进行 平衡态对应于熵最大的状态 熵是热力学系统的状态函数 4.根据 来判断过程的性质和进行方向 过程不可逆 体系自发地向熵增大的方向进行 过程可逆 过程不能自发地进行 等熵过程 视频： 熵 例题8.3-1 1.开尔文表述 任何循环动作的热机 只从单一热源吸收热量 使之完全变成有用的功 不产生其它影响 是不可能的 一、热力学第二定律的两种表述 2.克劳修 斯 表 述 热量不能自动地从低温物体传向高温物体 内容小结 违背了热力学第二定律的 开尔文表述 从单一 热 源吸 热 第二类永动机是不可 能 实现的 原 因 并全部转变为功 的 热机 第二类永动机