大学物理_热力学第二定律

1、111.1 自然过程的方向自然过程的方向11.2 不可逆性的相互依存不可逆性的相互依存11.3 热力学第二定律及其微观意义热力学第二定律及其微观意义11.4 热力学概率与自然过程的方向热力学概率与自然过程的方向11.5 玻尔兹曼熵公式与熵增加原理玻尔兹曼熵公式与熵增加原理11.6 可逆过程可逆过程11.7 克劳修斯熵公式克劳修斯熵公式11.8 用克劳修斯熵公式计算熵变用克劳修斯熵公式计算熵变 11.9 温熵图温熵图 11.10 熵和能量退降熵和能量退降2 符合热一律的过程，不一定能在自然界发生符合热一律的过程，不一定能在自然界发生焦耳热功当量实验焦耳热功当量实验水水重物下落，功全部转重物下落，

2、功全部转化成热而不产生其他化成热而不产生其他变化，可自然进行。变化，可自然进行。水冷却使叶片旋转，水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不从而提升重物，则不可能自然进行。可能自然进行。3有限温差的两物体相接触，热量总是有限温差的两物体相接触，热量总是（其唯一效果是）由高温物体传向低温物体；其唯一效果是）由高温物体传向低温物体； 相反过程不会自动发生。相反过程不会自动发生。例：致冷机可把热量由低温物体传向高温物体。但例：致冷机可把热量由低温物体传向高温物体。但 外界必须对工质做功外界必须对工质做功，产生了其它效果。，产生了其它效果。自动发生自动发生相反过程，即气体自动收缩的过程不会发生相反过程，即气

3、体自动收缩的过程不会发生真空真空4功热转换方向性消失功热转换方向性消失热传导方向性消失热传导方向性消失热源热源T0 0QAT0TT低温低温T0 0 高温高温TQ5热传导方向性消失热传导方向性消失功热转换方向性消失功热转换方向性消失高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2T2 ”对应不可逆过程对应不可逆过程（该过程）（该过程） 2112dTQSSS47证明：证明：对不可逆过程对不可逆过程克劳修斯不等式：克劳修斯不等式：1 12 2PV 不可逆不可逆 可逆可逆循环循环即即（过过程程） 2112TQSSSd 02121 （可可逆逆）（不不可可逆逆）TQTQdd021 STQ （不可逆）（不可逆）d（

4、不可逆）（不可逆） 21TQSd 48反证法反证法：设可自动收缩：设可自动收缩例例 用熵判别式证明理想气体自动收缩不可能用熵判别式证明理想气体自动收缩不可能1212;TTEE 设计连接始末态的可逆等温压缩，有设计连接始末态的可逆等温压缩，有0ln12 VVRS 自动收缩过程热温比积分自动收缩过程热温比积分0d21 TQ 21dTQS违反判别式！假设不能成立，违反判别式！假设不能成立，不可能！不可能！49由热力学第二定律由热力学第二定律0d （过过程程）TQS孤立体系孤立体系过程绝热过程绝热d dQ= =0 0熵增加原理熵增加原理50 例例 1.1.焦耳实验（自学）焦耳实验（自学） 例例 2.2

5、.有限温差热传导（自学）有限温差热传导（自学） 例例 3.3.理想气体绝热自由膨胀（自学）理想气体绝热自由膨胀（自学） 以上各例都说明以上各例都说明孤立系统中进行的不可孤立系统中进行的不可 逆过程都是使系统的熵增加了。逆过程都是使系统的熵增加了。能否用能否用 熵增加原理说明熵增加原理说明 “ “单热源热机是不可能制成的单热源热机是不可能制成的”? ?例例4.4.用熵增加原理说明用熵增加原理说明 单热源热机是不可能制成的单热源热机是不可能制成的。51假设有一单热源热机假设有一单热源热机系统系统: : 热机热机+ +热源热源+ +重物重物( (及其他及其他) ) 热热 源源T T1 1Q Q1 1

6、A经过一个循环后经过一个循环后: :热机热机 : :工质复原工质复原 S1 1=0=0热源热源 : :重物重物 : :整个系统整个系统 : : S3=0( (热力学状态未变热力学状态未变) )违反熵增原理违反熵增原理! ! 所以所以单热源热机是不可能制成的单热源热机是不可能制成的。 01112TQTQSd00011321 TQSSSS52低温热源低温热源T T2 2Q Q2 2 热源热源T T1 1Q Q1 1A A讨论：讨论：如果我们将系统扩大如果我们将系统扩大, , 增加一个低温热源增加一个低温热源, ,让热机让热机 向低温热源放热向低温热源放热Q2,2,可使可使 S 0 0， 这种这种热

7、机才有可能制成热机才有可能制成。系统系统: : 热机热机+ +热源热源+ +重物重物( (及其他及其他) ) + +低温热源低温热源低温热源：低温热源：02224 TQTQSd22114321TQTQSSSSS 0 S1122TQTQ 121211TTQQ 由于由于53 TSQ吸吸TSQ放放T-S曲线下面积为过程所吸（放）的热曲线下面积为过程所吸（放）的热温熵图温熵图 STQTQSd,dd何谓温熵图？何谓温熵图？ TS 曲线曲线54卡诺循环的温熵图卡诺循环的温熵图TST1T2S1S2)(1211SSTQ )(2122SSTQ 1212TTQQ 等熵线等熵线55 l能量有能量有“品位品位”高低之

8、分，能用于作功的高低之分，能用于作功的份份 额越多，品位越高。额越多，品位越高。l不可逆过程的一个后果是：使一定的能量不可逆过程的一个后果是：使一定的能量 从能做功的形式变为不能做功的形式，即从能做功的形式变为不能做功的形式，即 能量能量“退化退化”了。退化的能量为了。退化的能量为 Ed=T0 S T0 _ _ 最冷热源的温度最冷热源的温度 S 不可逆过程引起的熵的增量不可逆过程引起的熵的增量自然过程的不可逆性自然过程的不可逆性熵增加熵增加自然界中越来越多的能量不能用来做功了自然界中越来越多的能量不能用来做功了56以功热转换为例，设有：以功热转换为例，设有：)(*AQA 欲将此热（内能）取出再对外作功，由热二律欲将此热（内能）取出再对外作功，由热二