-热力学第二定律

1、10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律10.4.1 热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述PV1P2P1V2VOT1AT0Q即：即：1) 3) 不是热机，系统可以从单不是热机，系统可以从单一热源吸热并转化为功一热源吸热并转化为功(如右图如右图)1. 热力学第二定律的开尔文表述热力学第二定律的开尔文表述其其 唯一效果唯一效果 是热全部变成功的过程是不可能的。是热全部变成功的过程是不可能的。2) 第二类永动机造不成第二类永动机造不成海水温度降低海水温度降低0.010C，够用够用1000年。年。 永动的海轮！永动的海轮！10-4

2、 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律1) 热量不能自动地从低温物体传向高温物体热量不能自动地从低温物体传向高温物体2) 若外间有变化，热量可以从低温物体传向高温若外间有变化，热量可以从低温物体传向高温物体物体2. 热力学第二定律的克劳修斯表述热力学第二定律的克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体，不可能把热量从低温物体传向高温物体，而不引起其变化而不引起其变化说明说明10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律 T1热库热库T2热库热库AQQ2Q2 +A Q2Q2T1热库热库T2热库热库1) 开尔文表述不成立开尔文表述不成立克劳修斯表述不

3、成立克劳修斯表述不成立3. 克劳修斯表述与开尔文表述的等价性克劳修斯表述与开尔文表述的等价性10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律Q2Q2T1热库热库T2热库热库Q2Q1AT1热库热库AQ1 - Q2T2热库热库开尔文表述不成立开尔文表述不成立2) 克劳修斯表述不成立克劳修斯表述不成立10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律AB10.4.2 可逆过程和不可逆过程可逆过程和不可逆过程设在某一过程设在某一过程P中，系统从状态中，系统从状态A变化到状变化到状态态B。如果能使系统进行逆向变化，从状。如果能使系统进行逆向变化，从状态态B回复到初状

4、态回复到初状态A，而且在回复到初态，而且在回复到初态A时，周围的一切也都各自恢复原状，过程时，周围的一切也都各自恢复原状，过程P就称为就称为可逆过程可逆过程。如果系统不能回复到原状态如果系统不能回复到原状态A，或者虽能，或者虽能回复到初态回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，但周围一切不能恢复原状，那么过程那么过程P称为称为不可逆过程不可逆过程。可逆机可逆机：可逆循环过程的热机。：可逆循环过程的热机。不可逆机不可逆机：不可逆循环对应的热机。：不可逆循环对应的热机。10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律 功热转换是不可逆的功热转换是不可逆的 -开尔文表述开尔文表述热

5、二律说明如下几个过程为不可逆过程热二律说明如下几个过程为不可逆过程 热传导不可逆性热传导不可逆性- 克劳修斯表述克劳修斯表述 T1 T2Q 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律F气体的绝热自由膨胀气体的绝热自由膨胀系统复原后留下的痕迹为系统复原后留下的痕迹为AQ, 无法消除。无法消除。 10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律例：例：气体快速膨胀做功气体快速膨胀做功A1，外界压缩气体做功，外界压缩气体做功A21Ap V2Ap V一定有一定有A2A1, 外界

6、对气体作了净功外界对气体作了净功21AAVpVp含有非平衡因素的过程是不可逆的含有非平衡因素的过程是不可逆的出生出生 童年童年 少年少年 青年青年 中年中年 老年老年 八宝山八宝山 不可逆！不可逆！故快速做功过程为不可逆过程故快速做功过程为不可逆过程例：例：生命过程是不可逆的生命过程是不可逆的10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律 无摩擦的准静态过程是可逆过程无摩擦的准静态过程是可逆过程 自发过程（孤立系统中发生的过程）具有方向性自发过程（孤立系统中发生的过程）具有方向性10.4.3 热力学第二定律的核心内容和统计意义热力学第二定律的核心内容和统计意义从微观上看，

7、为什么自发过程具有方向性呢从微观上看，为什么自发过程具有方向性呢? 在不受外界影响时，定向形式的能量可以转化为无规在不受外界影响时，定向形式的能量可以转化为无规形式的能量，但相反过程很难实现，这就是热力学第形式的能量，但相反过程很难实现，这就是热力学第二定律的统计意义二定律的统计意义一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，这一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，这是热二律的本质或核心是热二律的本质或核心10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律211TT211TT可 逆211TT不 可 逆10.4.4 卡诺定理卡诺定理 211TT1、在相同的高温热源与相同的

8、低温热源之间工作的、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。2、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。10-4 10-4 热力学第二定律热力学第二定律第10章 热力学定律证明证明:（1）采用反正法证明，采用反正法证明， 设有两可逆机设有两可逆机 C、C 。12AQQ12AQQ121211() AAQQQQQQ22QQ设设 0AA0AA11QQT1热库热库T2热库热库1Q2QA1Q2QACC令令C 逆向循环逆向循环T1热库热库T2热库热库1Q2Q1Q2QA