thermal14 热力学第二定律1

1、永动机的梦，As0，有的系统能吸收周围(空气，海水)的热量，工作，还能回到初始状态，这样重复，停不下来！ 第二类，不是无中生有，而是通过设计巧妙的机器，对自然的热库抱有希望：海水dt=0.01C，这种热量(机器的对外工作)在世界各地的工厂能够几千年不用轮船燃烧油和煤就能在海上航行的冰箱不用耗电，倒能为发电提供动力。 如果可能的话，人类不存在能源危机。 但是，事和愿望不同的话，第二类永动机再次走上霸道，永动机的梦想再次崩溃！ 永动机的梦想，第二类，第一类永动机，一种不可能性，让人类不能产生能量，第二类永动机醒来，另一种不可能性，使人类认识到绝对不会发生违反热力学第一定律的现象，不遵守热力学第一定

2、律的现象也不一定会发生第二类永久动机醒来，与能量保存定律分开独立的定律引起能量和能量危机的热力学第二定律，第六章关于热力学第二定律，有内和其他形式的能量相互转换定律的第一一律独立的另一种热学基本定律！ 6.1热力学第二定律6.2热现象过程的不可逆性6.3热力学第二定律的统计意义6.4卡诺定理6.5热力学温度标6.6应用卡诺定理的例子，6.7熵增原理6.9熵增原理和热力学概率，The Second of Thermodynamics， 6.1热力学第二定律一、问题的提出、二、热二律的典型定性表现、一、问题的提出，不一定能在不遵守热力学第一定律的过程中实现。 自由落下运动： Ep=100J Es=

3、40J Eh=60J物体能得到相同大小的能量自动恢复到原来的高度吗？ 摩擦发热？ 挖掘大炮的过程：未必会发生满足机械能=热能、热力学第一定律的过程。 热力学过程必须满足热力学第一定律。 例：、循环，A=Q、q、t、1、t、t、2、b、自然过程的方向性，例1工作热转换的方向性，工作热能够自动进行(摩擦发热、焦耳实验等)， 热功不能自动进行(焦耳实验的逆过程)，例3 .气体的自由膨胀的方向性气体的自动膨胀是可能的，但自动收缩的过程是不可能的。 实际上，“与所有热现象相关的自然过程(不受外界干预的过程，例如孤立系统内部的过程)是不可逆的，存在一定的方向存在着时间的箭头”，另外，生命的过程是不可逆的：

4、是童年青年中年不可逆的“今天的你为什么要重复昨天的话二、热二律的典型定性表现，一.开尔文表现，功能自发、无条件均可转化为热的由热向工作的转换是有条件的，其转换效率有限，从工作向工作的转换是不可逆的。 1851年开尔文总结了这一普遍规律：从单一热源吸收热是不可能的，完全学习不影响其他。 “单一热源”是指温度在任何地方都一样的一定的热源。 “其他的影响”是指“由单一热源吸收的热全部成功”以外的变化。 开尔文表示，系统在吸收的热全部向外部工作的同时，必须将热转化为工作以外的影响。 不能从单一热源吸收热，完全学习不影响其他的影响。 例如，即使是可逆等温膨胀，气缸中的气体在初始状态下体积小，在最终状态下

5、体积大，这是外界(气缸和活塞)制约气体分子活动范围的差异，也就是对系统的影响。 除了“从单一热源吸热全部变成工作”以外的影响。 凯尔文凯尔文、威廉汤姆森、罗德(18241907 )、英国物理学家。 本名w .汤姆森1824年6月26日出生于爱尔兰贝尔法斯特，1907年12月17日在苏格兰neser hall去世。由于设置大西洋海底电缆生效，英国政府于1866年把他改名为爵士，1892年改名为开尔文男爵，之后改名为开尔文。 1846年担任格拉斯哥大学的自然哲学(即物理学)教授，退休到1899年。 1904年格拉斯哥大学校长，电磁学。 开尔文对静电和静磁学理论、交流电流，特别是莱登瓶的放电振动性、

6、静电绝对测量和电磁测量、大气电等作出了重要贡献。 电成像法是解决开尔文发明的静电问题的有效方法。 热力学。 开尔文是1848年提交，1854年修改的绝对热力学温度坐标，是现代科学上的标准温度坐标。 开尔文是热力学第二定律的两个重要创始人之一。 他提出的第二定律被称为热力学第二定律的开尔文表达。 开尔文预言了理论上新的温差电效应，之后称为汤姆森效应，与J.P .焦耳合作的多孔塞实验在理论上阐明了实际气体和理想气体的差异，是实用制造液体空气的重要方法(参见焦耳-汤姆森效应)。 是。 电气电子设备。 凯尔文在物理学的各个方面都有建筑木，很多都在实际应用中。 2 .热力学第二定律克劳狄说，自然界还有热

7、传递的不可逆性。 我们可以利用冷冻机，实现从低温热源向高温热源的热流动，但是这需要外界对冷冻机工作(这项工作最终会向高温热源放出热)。 在冷冻机运转中，除了从低温热源向高温热源流动热外，还发生了工作自发地变成热的“其他影响”。 克劳修斯在1850年把这个法则总结为：不能从低温物体向高温物体传递热。 也可以表现为“热不会从低温物体自发地传递到高温物体”。 克劳迪乌斯(18221888 Clausius Rudolph )、克劳迪乌斯于1822年出生于普鲁士的克林。 他的母亲是女教师，家里有很多兄弟姐妹。 他中学毕业后，进了哈雷大学，进了柏林大学。 1850年，克劳狄被邀请担任柏林大学副教授，担任

8、柏林帝国炮兵工程学校讲师。 同年，他对热机的过程，特别是卡诺循环进行了仔细研究。 克劳迪娅从卡诺的热动力理论，基于机械热力学理论，发现了热力学的基本现象，得到了热力学第二定律克劳迪娅的陈述。 德国物理学家，分子运动理论的创始人之一，热力学第二定律克劳狄首次对1850年热的运动能力和由此提出的热学本身的各种定律进行了描述，是热力学重要的理论基础。 同时提出了统计概念，利用统计概念导出了气体压力和克劳狄方程式，提出了比范德瓦尔斯方程式更普遍的气体状态方程式。 因为、1854年，以构想物理概念而闻名的克劳先提出了熵的概念，为了进一步发展热力学理论，将热力学第二定律公式化，并扩大了其应用。 在克劳狄对

9、科学研究的主要贡献是为热力学奠定基础的同时，他也对分子运动论、电解质和固体介电理论作出了很大的贡献。 考虑到他在物理学各领域的贡献和成果，1865年，他被选为法国科学院院士，克劳狄在柏林大学、苏黎世大学、威尔斯堡大学、波恩大学教了三十多年，桃李很香。 他培养的许多学生后来成为有名的学者，甚至有世界著名的物理学家。 在克劳斯晚年，他向整个宇宙不恰当地引用了热力学第二定律，认为整个宇宙的温度达到均衡，热传递消失，就是所谓的热寂状态，是克劳斯最先提出的“热寂说”。 热寂说否定了物质不灭性的本质意义，无限扩大了热力学第二定律的应用范围。理想的气体等温膨胀过程将热全部转化为功，但伴随着其他变化(体积膨胀

10、)，2 .克劳狄表示：热不能自发地从低温物体传递到高温物体，或者“唯一的效果是不会发生从低温物体传递到高温物体的过程”的1开尔文(k 表现：的唯一效果是热不能全部成功，热机把热变成了功，但有其他变化(热从高温热源传递到低温热源)。 热机必须循环工作。 这至少需要两个温度不同的热源。 开尔文表现的其他说法：第二类永久动机是不可能的，(也称为单热源热机，其效率=1)，但无法实现绝热压缩。 因为不满足绝热方程式：(断热线和等温线只有一个交点)从单热源(T1 )吸热的循环必须由等温膨胀过程和绝热压缩过程构成。 热机必须循环工作。 至少需要两个温度不同的热源。 2 .证明：任何系统的两条热线都不能交叉。

11、 证明问题：1.证明：任何系统的断热线和等温线都不相交两点。 证明问题：1.证明：任何系统的断热线和等温线都不相交两点。 证明(1):假设断热线b和等温线a相交于a、b两点。 a是：b是：Va-1=Vb-1，Va=Vb，pa=pb，假设错误，a和b是相同的点。 假设Ta=Tb，a与paVa=pbVb，b与TaVa-1=TbVb-1，证明(2) :断热线b和等温线a与a、b两点相交。 a有U=Ub-Ua=Q A=0，b有U=Ub-Ua=Q A，For Q=0，But A0 So U0，其中有状态函数，与过程无关，只决定整体状态，说明假设的错误。 如果、证明(3) :断热线和等温线相交于a、b两点

12、，则构成封闭区域，如果证明(3) :断热线和等温线相交于a、b两点，则构成封闭区域，a .断热线b处于等温线a下时，将封闭区域构成一个热机的对外功As=S封闭区域，等温线a上的a-b等温也就是说，全部循环从单一热源吸收热量，通过绝热过程，去除热量变成功以外的影响，违反，U=Ua-Ua=Q-As=0，b .断热线b处于等温线a的上方时，设为等温，封闭区域为正循环，这种情况下，热机(等温压缩放热) Q0，u=u 0、2 .证明：任何系统的两条热线都不能交叉。 证明问题：1.证明：任何系统的断热线和等温线都不相交两点。 反证法：假设断热线b和断热线d相交于点1。 1等温线c和它们分别交叉在点2、3、

13、3点上构成闭合曲线，构成正环！ (1)点1在等温线c之下时，(2)点1在等温线c之上时，假设等温膨胀过程吸热Q0，TFL: U=U1-U1=Q-As=0与热定律矛盾。 2、3、与热矛盾，假设是错误的。 等温压缩过程的发热Q0，u=ua-ua=q-as0，0不可能从单一热源吸收热，完全学习而不影响其他。 无法从低温物体向高温物体传递热，不产生其他影响。 开尔文表示、克表示、克劳狄描述和开尔文描述两种表示完全等价(基于方向性的交流).第六章应用热力学第二定律6.1热力学第二定律6.2热现象过程的不可逆性6.3热力学第二定律的统计意义6.4卡诺定理6.5热力学温度坐标6.6卡诺定理的例子* 6.7熵

14、*6.8熵增原理*6.9熵和热力学概率6.2热现象过程的不可逆性，一、二种表现的等效性，二、可逆和不可逆的过程，三、热二律的本质，一、二种表现的等效性，用反证法证明了这两种表现的等效性。 否定的命题，如果违反其中任一种表达，一定会违反别的表达！ 反证法证明了两种表达的等价性：如果开氏的表达不真实，克氏的表达也不真实。 如果克氏的表现不真实，开尔文的表现也不真实。 如果不同时应用正反两方面的否定，就无法证明等价性。反证I :如果开氏的表现不真实，克氏的表现也不真实。 甲是违反开尔文表达的热机。 从T1吸热q，全部转换成功a、Q=A。 现在把a送到冷冻机b。 冷冻机b从T2吸热Q2，向T1散热Q2

15、，两台机器联合运转，其净效果是从T2吸热Q2，传递给高温热源T1。 这样违反克氏的表现。 甲、乙、反证：克氏的表现不真实，凯尔文斯的表现不真实。 甲是违背克氏表现的冷冻机。 从T2吸热q，向T1热源散热q。 乙热机从T1热源吸热q，向T2热源散热Q2。 对外工作，两台机器共同运转，其净效果是从T2热源吸热，将其全部变成工作。 这样违反了开尔文表现。 甲、乙、反证法证明了两种表现的等价性：如果开氏的表现不真实，克氏的表现也不真实。 如果克氏的表现不真实，开尔文的表现也不真实。 也可以称为热力学第二定律。热力学第二定律还有很多其他的表达方式，即不引起其他变化就无法使自由膨胀的气体复原。 两者都从某

16、个不可逆的过程中说明了内在的不可逆性！ 所有这些表达是等价的，因为自然界的所有不可逆过程本质上是相同的。 热力学第一定律不管实际过程是否发生，如果发生，无论进行到什么程度，都只会解决能量的一定问题。 这让我们想到，在热力学第一定律的能量变成一定之前，能否找到判断这个过程能进行到什么程度的判断标准。 热力学第二定律的任务：找到了解决过程行进方向和极限的标准。As=Q -U，6.2热现象过程的不可逆性，一、二种表现的等价性，二、可逆和不可逆过程，三、热二律的本质，(1)生命系统中时间箭头不能逆转。你不再有黄河的水流过天空回到海里。 你没有看到高堂明镜悲伤的白发像青丝一样黄成了雪，不可逆的过程。 (

17、1)生命系统中时间之箭是不可逆转的。 (2)无生命系统中时间的箭头怎么样？与热无关的问题，在视频拍摄后颠倒过来，说明时间坐标t变化为-t . 与热无关的力学问题，相对于时间坐标是对称的，可以解释时间的箭头反转。 只要与热量有关，其他形式的能量就会变成热量，在拍摄到视频后就会颠倒过来。 热学现象视频倒置：显示了火焰燃烧水壶中的冰，冰逐渐溶解于水，使水完全晾干的过程。 拍到录像带上。 如果把视频倒过来的话。 也有困惑的人。 因为热传递是单方面的。 相反方向的热传递是不可能的。 热传递是一个不可逆的过程。 与发烧相关的时间箭是不能逆转的。 二、可逆和不可逆过程、1、定义、4、气体自由膨胀过程的不可逆性、5、扩