大学物理第四章1热力学第二定律.ppt

第四章 热力学第二定律 § 4.1 自然过程的方向 §4.1、自然过程的方向（自然过程的不可逆性） 1、功热转换 二, 热力学第二定律的微观意义 1、功热转换 §4.4 热力学概率（Probability）与自然过程的方向 * § 4.2 不可逆性的相互依存 § 4.3 热力学第二定律及其微观意义 § 4.4 热力学概率与自然过程的方向 m 功热转换过程是不可逆的（irreversible）； 或，在不引起其它任何变化的前提下，热不能自动 转化为功； 功热转换过程具有方向性。 反过程： 水温降低→自动产生水流→推动叶片转动→带动重物上升 自然过程：重物自动下落→带动叶片转动→水温升高 功 可自动进行 热 热 不可能自动发生 功 结论 ? 满足热力学第一定律（能量守恒）的过程，就一定能实现吗？ 热转化为功的实例：热机，等温膨胀 2、热传导 （Heat conduction） 自然过程：两个温度不同的物体相互接触，热量总是自动地从高温物体传向低温物体，最终使二者温度相同而达到热平衡。 热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的。 或， 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 相反的过程：热量自动地从低温物体传向高温物体，使二者温差越来越大，这样的过程谁也未曾发现过。 结论: 可自动进行 不可能自动发生 热传导过程也具有方向性。 ? 3、气体的绝热自由膨胀 （Free expansion） 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 可自动进行 不可能自动收缩 真空 以上三个典型例子（实际过程）都是按一定方向进行的，是不可逆的。相反的方向“不能自动发生”，或者说，可以发生，但必然会产生其他后果（或外界要发生变化）。 非平衡态到平衡态的过程是不可逆的。 ? 由于自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都涉及 热功转换或热传导，因而 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 结论： 各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互沟通的 反证法： A）假设：热可以自动转变为功. 1、由功变热的不可逆 热传导的不可逆 热可以自动转变成功，导致热可以自动从低温物体传向高温物体。 T W T0 T Q Q T T0 T § 4.2 不可逆性的相互依存 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 这是不可能的。 B）假设:热可以自动从低温物体传向高温物体. Q2 Q2 T1热库 T2热库 T1热库 A Q1- Q2 T2热库 Q2 Q1 A 这是不可能的。 热可以自动从低温物体传向高温物体，这将导致热可以自动转变成功。 结论： 在上述各种不可逆过程的背后应该存在着一种能够决定它们实际进行方向的共同的规律。 ——系统状态的无序性大小 熵（ENTROPY） 或： 自然宏观过程按一定方向进行的规律就是 热力学第二定律 实际的热力学过程都会有传热和做功， 而传热和做功又总是在有限温差或压强差的情况下 进行的，同时各种摩擦和耗损也不可能避免， 所以实际的热力学过程都是不可逆的。 1851年，开尔文在总结了前人制造第二类永动机的大量实践后指出：第二类永动机不可能制成。 1,热力学第二定律开尔文表述： 不可能从单一热源吸收热量， 使它完全变为有用功，而不引起其它变化。 或：热能（内能）不能自动转化为功。 或：效率为100%的热机（第二类永动机）不可能制成。 （1）若不是“循环动作”的热机，只从一个热源吸热， 使之完全变为有用的功而不放热，是可以办到的。 注意: （2）“其它物体都不发生任何变化”指外界和系统都恢复原状态。 § 4.3 热力学第二定律及其微观意义 一、热力学第二定律表述： 自然宏观过程按一定方向进行的规律 ------热力学第二定律. 高温热源T1 理想热机 单源热机 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 2、 热力学第二定律的克劳修斯表述 （1850年提出）： （2）“不引起其它任何变化”和“自动地”几个字…... （1）热量自动地由低温传到高温,不违反热力学第一定律， 但违背了热力学第二定律。 注意: （3）热二律的开氏表述和克氏表述是等价的。 热量不可能由低温物体传向高温物体，而不引起其它任何变化。 3、其它表述 气体的绝热自由膨胀 （Free Expansion）是不可逆过程 真空 ? 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 非平衡态到平衡态的过程是不可逆过程。 功 可自动进行 热 ? 从分子速度方向上来说，功相当于分子有规则的定向运动 ， 而内能相当于分子无规则热运动 大量的分子向更加无序的方向进行. 2、热传导 （He