第九章 热力学第二定律54.ppt

* 热学 * * * * 第九章 热力学第二定律 （Second law of thermodynamics） § 9.1 自然过程的方向 § 9.2 不可逆性的相互依存 § 9.3 热力学第二定律及其微观意义 § 9.4 热力学概率与自然过程的方向 § 9.5 波耳兹曼熵公式与熵增加原理 § 9.6 可逆过程 § 9.7 克劳修斯熵公式 § 9.8 熵和能量退降 第九章 热力学第二定律 §9.1 自然过程的方向 只满足能量守恒的过程一定能实现吗？ 通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的 热不能自动转化为功 唯一效果是热全部变成功的过程是不可能的 一、功热转换 不可逆 · · 水 叶片 重物 重物 绝热壁 焦耳热功当量实验 二、热传导 （Heat conduction）  热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的；热量不能自动地由低温物体传向高温物体 三、气体的绝热自由膨胀 （Free expansion） 只满足能量守恒的过程一定能实现吗？ 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的 实际的过程都具有方向性。 可逆与不可逆过程 定义：设一个热力学系统由某一状态出发，经过一个过程达到另一状态，若存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（系统回到初态，同时消除了原过程对外界引起的影响），则原来的过程称为可逆过程。反之，如果用任何方法都不能使外界与系统复原，则称之为不可逆过程。 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。可逆过程是一种理想过程。实际的热力学过程自发地向某个方向进行后，不可自发地逆向进行。 §9.2 不可逆性的相互依存 各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互沟通的，一种实际过程的不可逆性保证了另一种实际过程的不可逆性，一种过程的不可逆性消失了，另一种过程的不可逆性也就消失了。 假设，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 例：功变热——热传导 假设，热可以自动转变成功，这将导致热可以自动从低温物体传向高温物体 功变热和热传导的不可逆性是相互依存的 自由膨胀——功变热 假设，理想气体绝热自由膨胀的不可逆性消失了，即气体能够自动收缩。 所有宏观过程的不可逆性都是相互联系的。 自由膨胀和功变热的不可逆性是相互依存的 §9.3 热力学第二定律及其微观意义 热力学第二定律是关于自然过程方向的一 一. 热力学第二定律的两种表述： 条基本的、普遍的定律。 1.?克氏表述（clausius，1850） ： 热量不能自动地从低温物体传向高温物体 Q T1（高） T2（低） 2.开氏表述（Kelvin， 1851）： 其唯一效果是热量全部转变为功的过程是不可能的。 A = Q Q T 第二类永动机 A = Q V1 T Q V2 左图所示过程是 思考 开氏表述的另种说法： 否违反热力学第二定律？ 不存在第二类永动机 克劳修斯和开尔文表述是等价的。 二. 两种表述的等价性 若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。 反证法： 克氏表述成立 开氏表述成立 等价 设开氏表述不成立 则克氏表述不成立 A=Q1 T1 Q1 T1 T2 Q2 Q1+Q2 T2 Q2 Q1 T1 A 例：根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的 (A) 热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体． (B) 功可以全部变为热，但热不能全部变为功． (C) 气体能够自由膨胀，但不能自动收缩． (D)有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量． ［ ］ C 例：关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述： (1) 功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功 (2) 一切热机的效率都只能够小于1； (3) 热量不能从低温物体向高温物体传递； (4) 热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的以上这些叙述 (A) 只有(2)、(4)正确． (B) 只有(2)、(3) 、(4)