第23章热力学第二定律概述.ppt

1 3 4 2 V p O V1=20L V2=40L T1=300K （2）1→2过程为等温过程： （3）1→4为绝热过程： 4→2为等压过程： 所以1 →4→2过程的熵变为： 1 3 4 2 V p O V1=20L V2=40L T1=300K 从状态1到状态4，由绝热方程可以得到： 可以得到： 代入上面式子，可以得到： 从以上三个结论可以看出：熵是一个状态函数，不管沿着什么样的过程，始末状态的熵变是一定的。 23.4 热力学概率 热力学过程是系统中大量分子运动无序程度（混乱程度）的变化. 1、功热转化（焦耳试验） 无序度增加 M A A A T+?T m 2、热传导 无序度增加 高温 低温 初态 ? 末态 温度不同 ? 温度相同 可区分(较有序) ? 不可区分(更无序) 功 ? 热 机械能 ? 内能 有序运动 ? 无序(混乱)运动 一、热力学第二定律与无序（定性） * 1. 功热转换： 热自动地全部转换为功 不可能 例： 凡符合热力学第一定律的过程---即符合能量守恒的过程是否都能实现呢？ 23.1 自然过程的方向性 功 热 功 热 自 动 23 热力学第二定律 熵 2. 热传导： 热量自动从低温物体传到高温物体 不可能 3. 气体的绝热自由膨胀： 气体绝热自由收缩 不可能 结论：一切与热现象有关的实际宏观过程都有方向性，是不可逆的。 高温 低温 自动 密度大 密度小 密度大 密度小 一、可逆过程与不可逆过程 一个过程，如果每一步都可以沿相反的方向进行而不引起外界的任何其他变化，该过程为可逆过程。 用任何方法都不能使系统和外界同时恢复原来状态的过程是不可逆过程 例1、不计阻力的单摆运动 单纯的无耗散（无摩擦）的机械运动是可逆过程。 例2、功、热的转换---不可逆过程 热转变为功将产生对外界影响 ---向低温热源传递热量。 功变热可以百分之百， 高温热源 低温热源 热机 A 例3、气体在真空中的自由膨胀—不可逆过程 密度大 密度小 要收缩到原状需外界作功。 A 例4、分析理想气体等温膨胀的可逆性 1、无摩擦、准静态（无限缓慢） 等温膨胀时： 等温压缩时： 无摩擦、准静态过程是可逆过程 2、非静态过程（迅速膨胀） P1P2， |A1||A2|， P2?V—P1?V0 P1 A1 P2 A2 密度小 密度大 非静态过程是不可逆过程 1、一切自发过程都是不可逆过程。 2、准静态过程+无摩擦的过程是可逆过程。 结论： （过程“无限缓慢”） 3、一切实际过程都是不可逆过程。因为一切实 际过程都有摩擦。 可逆过程是理想化的过程。 自然现象和社会现象的不可逆性: 落叶永离，覆水难收， 人生易老，返老还童 只是幻想 自然现象，历史人文，生活万象多是不可逆的 “今天的你我 怎能重复 昨天的故事!” 1、开尔文（Kelvin)表述? 单一热源（T） 热机 A、单一热源是指温度均匀且恒定不变的热源； 等温膨胀虽是从单一热 源吸收热量全部对外作 功，但体积膨胀了。 恒 温 体 A B、“其它影响”是指从单一热源吸收热量及把热量对外作功以外的任何变化。 不可能制造一种机器，只从 单一热源吸收热量使之完全 变为有用功而不产生其它影 响。 说明 23.2 热力学第二定律 卡诺定理 C、热力学第二定律指出了效率100%的热机制造不出来。 如果能从单一热源吸收热量对外作功而不产生其它影响，则： 100% 第二类永动机：从单一热源吸收热量全部转化为机械功而不产生其它影响的一种循环动作的机器。 Kelvin表述?：第二类永动机是制造不出来的。 2、克劳修斯（Clausius）表述 高温热源（T2） 低温热源（T1） 热量不会自动地从低温 热源传向高温热源。 热力学第二定律的实质是表明一切自发过程都是不可逆的。它是说明热力学过程的方向、条件和限制的。 热力学第二定律有多种表述方式，人们之所以公认开尔文和克劳修斯表述为标准表述： 用否定形式表述和表述的多样性是热力学第二定律不同于其他物理定律的特点 2、历史上这两人最先完整地提出热力学第二定律 1、热功转换与热量传递是热力学的重要事例 二、不可逆性的相互依存 1.若热传导的方向性消失-------则功热转换的方向性也消失 由某一种过程的方向性的存在(或消失)，可 以推断另一种过程的方向性的存在(或消失) 各种自然的宏观过程都是有方向性的， 而且它们的方向性又是相互依存的. 3、气体的绝热膨胀的方向性消失-----功变热的方向性消失 2、若功热转换的方向性消失-----则热传导的方向性也消失 23.2.2两种表述的等效性 Q1-Q2 T1 Q2