【优品课件】-《热力学的第二定律》

热力学第二定律【摘要】热 力 学 第 二 定 律 是 热 力 学 的 基 本 定 律 之 一 ， 是 指 热 永 远 都 只 能 由 热 处 转 到冷 处 (在 自 然 状 态 下 )。 它 是 关 于 在 有 限 空 间 和 时 间 内 ， 一 切 和 热 运 动 有 关 的 物 理 、化 学 过 程 具 有 不 可 逆 性 的 经 验 总 结 。【关键词】热力学第二定律，含义，适用条件，应用 热力学第二定律的两个表述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。低温热源 2T高温热源 1T卡诺热机1Q2WVop2TW1TABCD212. 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Vop2TW1ABCD21TQQ高温热源 1T低温热源 2T卡诺致冷机Q2 W两种表述其实质就是分别挑选了一种典型的不可逆过程，指出它所产生的效果不论用什么方法也不可能使系统完全恢复原状，而不引起其他变化。比如，制冷机(如电冰箱)可以将热量 Q 由低温 T2 处(冰箱内)向高温 T1 处(冰箱外的外界)传递，但此时外界对制冷机做了电功 W 而引起了变化，并且高温物体也多吸收了热量 Q(这是电能转化而来的),这与克氏表述并不矛盾。一个热力学系统，从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态。若存在另一过程，能使系统与外界完全复原(即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对外界的一切影响)，则原来的过程称为“可逆过程”。反之，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则称之为“不可逆过程”。可逆过程是一种理想化的抽象，严格来讲现实中并不存在(但它在理论上、计算上有着重要意义)。大量事实告诉我们：与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。热力学第二定律的含义人 们 在 研 究 热 功 交 换 规 律 的 基 础 上 ， 抓 住 了 事 物 的 共 性 ， 提 出 了 具 有 普 遍 意义 的 新 的 态 函 数 熵 ， 可 以 用 熵 来 对 第 二 定 律 作 定 量 的 表 述 。 第 二 定 律 指 出 在 自 然 界 中 任 何 的 过 程 都 不 可 能 自 动 地 复 原 ， 要 使 系 统 从终 态 回 到 初 态 必 需 借 助 外 界 的 作 用 ， 由 此 可 见 ， 热 力 学 系 统 所 进 行 的 不 可 逆过 程 的 初 态 和 终 态 之 间 有 着 重 大 的 差 异 ， 这 种 差 异 决 定 了 过 程 的 方 向 ， 人 们就 用 态 函 数 熵 来 描 述 这 个 差 异 ， 从 理 论 上 可 以 进 一 步 证 明 :可 逆 绝 热 过 程 Sf=Si， 不 可 逆 绝 热 过 程 SfSi，式 中 Sf 和 Si 分 别 为 系 统 的 最 终 和 最 初 的 熵 。也 就 是 说 ， 在 孤 立 系 统 内 对 可 逆 过 程 ， 系 统 的 熵 总 保 持 不 变 ； 对 不 可 逆过 程 ， 系 统 的 熵 总 是 增 加 的 。 这 个 规 律 叫 做 熵 增 加 原 理 。这 也 是 热 力 学 第 二 定 律 的 又 一 种 表 述 。 熵 的 增 加 表 示 系 统 从 几 率 小 的 状态 向 几 率 大 的 状 态 演 变 ， 也 就 是 从 比 较 有 规 则 、 有 秩 序 的 状 态 向 更 无 规 则 ，更 无 秩 序 的 状 态 演 变 。 熵 体 现 了 系 统 的 统 计 性 质 。第 二 定 律 在 有 限 的 宏 观 系 统 中 也 要 保 证 如 下 条 件 ： (1)该 系 统 是 线 性 的 ；(2)该 系 统 全 部 是 各 向 同 性 的 。热力学第二定律的适用范围(1)热力学第二定律是宏观规律，对少量分子组成的微观系统是不适用的。(2)热力学第二定律适用于“绝热系统”或“孤立系统”，对于生命体(开放系统)是不适用的。早在 1851 年开尔文在叙述热力学第二定律时，就曾特别指明动物体并不像一架热机一样工作，热力学第二定律只适用于无生命物质。(3)热力学第二定律是建筑在有限的空间和时间所观察到的现象上，不能被外推应用于整个宇宙。19 世纪后半期，有些科学家错误地把热力学第二定律应用到无限的、开放的宇宙，提出了所谓“热寂说”。他们声称：将来总有一天，全宇宙都是要达到热平衡，一切变化都将停止，从而宇宙也将死亡。要使宇宙从平衡状态重新活动起来，只有靠外力的推动才行。这就会为“上帝创造世界”等唯心主义提供了所谓“科学依据”。热力学基本关系式及其应用1) 组成恒定、不做非膨胀功的封闭系统的热力学基本方程：=+=+2) Maxwell 关系式：()=()()=()3) 一些基本过程的 S, G, A 的运算公式(W f=0)：基本过程 S G A理想气体，等温可逆过程ln12 ln21 =ln21任意物质，等压过程 dT21 H-(TS), 21() U-(TS)任意物质，等容过程_2_1 H-(TS) -(TS), 21()理想气体，绝热可逆过程0H- -理想气体，从p1,V1,T1 到