4热第二定律1(精品·公开课件).ppt

五 玻耳兹曼熵（Entropy）公式 六 可逆过程和卡诺定律 上讲研究了气体处于平衡态下的宏观规律及其微观本质。 本讲研究热力学系统发生状态变化所遵循的宏观规律并说明其微观变化。 热力学系统发生状态变化能量一定要遵从某种规律 ——能量守恒 ——热力学第一定律 遵守能量守恒的过程是否一定发生呢？ ——热力学第二定律 本讲主要内容： 热力学第二定律 1 自然过程的方向 2 热力学第二定律 3 热力学第二定律的统计意义 4 热力学几率 5 玻耳兹曼熵公式 6 可逆过程和卡诺定律 7 克劳修斯熵公式 8 熵增加原理 9 温熵图 10 熵和能量退化 一 宏观自然过程 是否有可能制造热机效率为1的热机？ 回答：不可能！ 回答：不一定！ 是否满足热力学第一定律的过程都能自发产生？ 是否有可能从单一个热源吸取热量,使之全部变为功,而工作物质和外界都回到原来状态，不产生其他变化？ 满足热力学第一定律 高温物体 低温物体 热量自发传给 给传发自能不量热 功 热 自发转化为 为化转发自能不 气体体积V1 自由膨胀为 气体体积V2 不能自由压缩为 自发 自发 自由 自然过程的方向 由功变热过程的不可逆性推断热传导过程的不可逆性。 总的结果是，来自高温热源的热量Q1-Q2全部转变成为对外所作的功|A|，而未引起其它变化。这就是说功变热的不可逆性消失。 假定：热传导的不可逆性消失了。 在T1和T2之间设计一卡诺热机。 T1高温热源 T2低温热源 Q2 Q2 Q1 Q2 A T1 T2 Q1-Q2 A 不可逆性的相互依存 由热传导过程的不可逆性推断功变热过程的不可逆性。 假定：功变热的不可逆性消失了。 Q2 T1高温热源 T2低温热源 Q1 A 热机 T1高温热源 T2低温热源 Q2 Q2 制冷机 在T1和T2之间再设计一制冷机。 结果是：热传导的不可逆性也消失了。 A+Q2=Q1 +Q2 由功变热过程的不可逆性推断理想气体绝热自由 膨胀的不可逆性。 a c Q A Q b A 注意证明的思路！ 假定：气体绝热自由膨胀的不可逆性消失了。 设定气体经历一个吸热的等温膨胀 总的结果是，吸收的热量Q全部转变成为对外所作的功|A|，而气体与外界都未引起其它变化。这就是说功变热的不可逆性消失。 定义：假设所考虑的系统由一个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时原过程对外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。 经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不可逆的。 可逆过程和不可逆过程 不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除，既外界或系统有了变化。 不可逆过程是相互关联的. 一种宏观过程的不可逆性保证了另一种过程的不逆性；反之，若一种实际过程的不可逆性消失了，其它实际过程的不可逆性也随之消失。 在热现象中，只有无摩擦准静态过程是可逆的。卡诺循环是可逆循环。 类似的例子不胜枚举，都说明自然界中，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，而且各种不可逆过程是相互关联的 那么这个方向性遵守什么规律呢？ 微观本质如何呢？ 如何来定量描述？ 热力学第二定律的实质就是热力学 过程是有方向性的！ 二 热力学第二定律 开尔文表述: 不可能从单一个热源吸取热量,使之全部变为功,而不产生其他影响. 克劳修斯表述: 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 克氏表述指明热传导过程是不可逆的。 开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。 历史上最早完整提出该定律是： 热力学第二定律 1. 功可以完全变热，但要把热完全变为功必将产生其他影响。如，理想气体等温膨胀。但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.热量将由高温物体自发 向低温物传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。 说明 4. 两种表述是等价的。 3.第二类永动机不可能制成，效率永远小于1 从微观看，任何热力学过程总包含大量分子的无序运动状态的变化。热一律说明热运动过程中能量要遵守的规律。热二律说明大量分子的运动的无序程度变化的规律。 热功转换 微观上看： 功 热 自发转化为 为化转发自能不 自发转化为 为化转发自能不 大量分子的有序运动 大量分子的无序运动 结论是：向无序状态方向自发进行 三 热力学第二定律的统计意义 初态（两个温度不同的系统） 热传导 末态（温度相同的系统） 温度是分子无序运动平均动能大小的量度 初态（两个系