第三讲热力学第二定律.pptVIP

* 第三讲 热力学第二定律 二. 热力学第二定律的两种表述 一. 第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功 的热机）的设想 1. 开尔文表述(1851年)：不可能制成一种循环动作的热机,只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 §6-7 热力学第二定律 自然界自发进行的过程具有方向性,总是由非平衡态走向平衡态. 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D 卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化. 如:理想气体等温膨胀并不违背开尔文表述. 在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为 功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体 的体积增大了。 2. 克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物 体传到高温物体。 如冰箱制冷就是将热量从低温物体传到高温 物体，但并不违背克劳修斯表述, 因为它以外界作功为代价，也就是引起了其它变 化。 W A B C D 高温热源 低温热源 卡诺致冷机 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温 物体，但需外界作功且使环境发生变化 . 注 意 a) 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. c) 热力学第二定律可有多种说法，每一种说 法都反映了自然界过程进行的方向性 . b) 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 . 三. 两种表述等价性的证明 四. 可逆过程和不可逆过程 1.可逆过程 ：假设所考虑的系统由一个状态a出发经过某一过程达到另一状态b，如果存在另一个逆过程，它能使系统和外界完全复原，则这样的过程称为可逆过程。 a b 正过程 逆过程 A. 系统复原 B. 外界复原 非准静态过程为不可逆过程 . 不可逆过程: 在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程. 准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程 . 3.可逆过程的条件: 一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。 例1：克劳修斯表述指出了热传导过程的不可逆性。 例2：开尔文表述指出了热功转换过程的不可逆性。 例3：气体的自由膨胀是不可逆过程。 a b c A Q 各种不可逆过程都是相互关联的 非自发传热 自发传热 高温物体 低温物体 热传导 热功转换 完全 功 不完全 热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 . 五、 热力学第二定律的实质 无序 有序 自发 非均匀、非平衡 均匀、平衡 自发 热力学第二定律的实质： 在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程 都是不可逆的。 在热现象中无摩擦的准静态过程才是可逆的 a） 在相同高温热源和低温热源之间工作的任 意工作物质的可逆机都具有相同的效率 . b） 工作在相同的高温热源和低温热源之间的 一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机 的效率 . ( 不可逆机 ) （可逆机） 以卡诺机为例，有 六、卡诺定理 §7-10 热力学第二定律的统计意义 一.宏观态的热力学概率(?) 不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别? 1.热力学概率: 2 左1 右1 a b ab 1 左0 右2 b a 1 左2 右0 a b 右 左 一种宏观状态所对应的微观状态数 宏观状态 微观状态 任一宏观状态所对应的微观状态数称为该宏观状态的热力学概率(?) c d a b b c d a a b c d 4 左3 右1 d a b c 1 左4 右0 无 a b c d 右 左 一种宏观状态所对应的微观状态数 宏观状态 微观状态 6 左2 右2 a c b d a b c d d a b c b c a d b d a c c d a b 右 左 一种宏观状态所对应的微观状态数 宏观状态 微观状态 a b c d d a b c c d a b 4 左1 右3 b c d a 右 左 一种宏观状态所对应的微观状态数 宏观状态 微观状态 1 左0 右4 a b c d 无 共有24 种布 若有N个分子，则有2N种分布 4个分子全部退回到左部的可能性即几率为1/24=1/16。