2021-2022学年高二物理竞赛课件：热力学第二定律

1、热力学第二定律2热力学第二定律 一、宏观自然过程的方向性二、可逆过程和不可逆过程三、热力学第二定律的两种表述四、热力学第二定律的实质 3一、宏观自然热过程的方向性热传导过程的方向性：热量总是从高温物体自动地传给低温物体，直到两物体的温度均一。推论：自然界一切自发过程都具有方向性和一定的限度。人类经验没有发现哪一个自发过程可以自动回复原状。气体自由膨胀的方向性：气体总是从压力大的地方向压力小的地方扩散，直到各处的压力相等。功热转换过程的方向性：转动着的飞轮，在撤去动力后，由于转轴的摩擦越转越慢，最后停止转动。 该过程中由于摩擦生热，机械能全部转变为热能散布在空气里。共同特点： 自动进行，即“自发

2、过程”不能自动回复原状 问题： 什么因素决定了“自发过程” 的方向和限度？温度？压力？摩擦？共同因素？4二、可逆过程和不可逆过程(reversible & irreversible process) 一个过程A ，如果能用其他过程B使系统和外界完全复原，过程A就叫可逆过程, 否则是不可逆过程1 ( p1、v1、T )2 ( p2、v2、T )pVo12 等温膨胀，系统从外界吸热全部用于对外做功21 等温压缩，外界对系统做功全部转变为系统向外界放热1 2系统吸收的热量 21又释放给了外界1 2系统对外界做的功 21外界全部归还给系统例如：理想气体等温膨胀过程系统和外界完全复原可逆过程5 无摩擦，

3、准静态进行正向：逆向：总效果：外界与系统均复原，原过程为可逆过程理想气体等温膨胀的可逆性分析系统吸热=对外做功 外界做功=系统放热 恒温热源恒温热源（理想情况）6逆向：总效果：a.系统复原；b.热源有Q1 - Q2的热量转变为对外界的摩擦功（耗散热）,外界不能复原。原过程不可逆 （实际情况）有摩擦，准静态进行正向：（体积功）（摩擦功）恒温热源 恒温热源吸热放热原过程不可逆原因：存在摩擦耗散7 可逆过程必须是准静态过程，而且还是无耗散效应的过程。 严格的准静态过程是一种进行的无限缓慢的过程，实际上是不存在的，它只是一种理想状况。 严格的可逆过程实际上也是不存在的。 无耗散效应的过程也只是一种理想

4、状况，实际上也是不存在的。 自然界中一切与热现象有关的过程都是不可逆过程,热力学第二定律正是这种不可逆性的反映。8三、热力学第二定律的两种表述1.开尔文表述：不可能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。 蒸汽机大量推广使用后，不少人试图设计制造各种不需能源的热机，例如从大气或海洋中吸取热量，把它全部转化为功，不需向低温热源放热。大家把这种机器叫做第二类永动机。 Q T=1K 海水 = 1021kJ Q 1014 吨煤 第二类永动机不违背热力学第一定律，因而与第一类永动机有本质不同。 或：第二类永动机是不可能制成的.9比较：第一类永动机：第二类永动机： 不耗能，只做功 违反热

5、力学第一定律违反热力学第二定律10 如利用热机，但实际中热机的循环除了热变功外,还必须有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。 功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其他影响是不可能的。 大量实验事实说明，一切热机不可能从单一热源吸热并把它全部转化为功。11 与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体 。2.克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。 如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为代价，也就是引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是不可逆的。12 热力学第二定律的两种表述是等效的，用反证法可以证明这两种表述的等效性。 假如开尔文表述不成立，则克劳修斯表述不成立 假如克劳修斯表述不成立，开尔文表述也不成立 3. 两种表述的等价性13假如开尔文表述不成立一个热机 R , 只从高温热源T1吸取热量 Q,并全部转变为功 A。SQ2Q+Q2RQA低温热源 T2高温热源 T1(a) 将R和S组合起来，组合体将从T2吸取热量Q2，向T1释放热量 Q + Q2 Q = Q2 ，R+SQ2Q2高温热源 T1低温热源 T2(b) 可见，热量Q2自动