第二章热力学第二定律 - USTC.pdf

第二章热力学第二定律

2.1热力学第二定律的一般表述

2.2热的Caloric理论

2.3Carnot定理

2.4热力学第二定律

2.5热力学温标

2.6新的状态函数—熵

2.7熵流与熵产生

2.8热力学第二定律的熵表述

2.1热力学第二定律的一般表述

可逆过程和不可逆过程

可逆过程：过程中每一步都可以沿相反方向发生，并且不

引起外界的其他改变。

不可逆过程：非可逆过程的过程。

要么不能反向发生

要么反向发生引起外界的变化

无摩擦准静态过程是唯一一种可逆过程。但它是理想化的过程

（无限慢，无摩擦），实际上是不存在的。

热力学第二定律的一般表述

自然界的所有宏观过程都是不可逆的。

和热力学有关的两种表述

Clausius表述：热传导是不可逆的，或者热不可能自发的

从低温转移到高温

Kelvin表述：不可能从单一热源取热并完全转成功而不

引起其他变化

热力学第二定律很容易从经验、实践中得到验证

但它和其他物理学定律非常不同

一般定律均可以表示为等式的形式

如何从第二定律这种一般的表述里得到等式？

2.2热的Caloric理论

JamesWatt(1736—1819)

wasaScottishinventor,mechanical

engineer,andchemistwhosesteam

enginepatentedin1769greatly

increasedtheefficiencyandrangeof

useoftheearlyatmosphericsteam

engine

热力学第一定律∆=∆−∆1842年

2.2热的Caloric理论

Ancientgreeks,Lavoisier,Poisson,Laplace,Carnot···

Caloric:无质量，自我排斥的液体；温度∼Caloric浓度

AntoinLavoisier(1743–1794)andMarieLavoisier(1758–1836)

2.2热的Caloric理论

Ancientgreeks,Lavoisier,Poisson,Laplace,Carnot···

Caloric:无质量，自我排斥的液体；温度∼Caloric浓度

热平衡：液体达到相同的高度（浓度）

热容：体积内容纳的液体数量

①保持压强不变，升温导致体积变大，热容增加：

②DelarocheandBérard错误的实验结果：理想气体体积变大，热容增加

热传导：液体从高处流向低处

①热可以在真空中传播

②Fourier热传导理论

相变、潜热：热可以附着在分子附近，使得分子间排斥变大

气体绝热过程导致温度改变

Lapalace据此修正了Newton理论，得到更准确的声速

Carnot定理：正确解释了热机的工作原理

2.3Carnot定理