第9章热力学定律 §9.1内能功和热量准静态过程 §9.2热力学第一定律热容 §9.3绝热过程多方过程 §9.4循环过程 卡诺循环过程 §9.5热力学第二定律 §9.6热力学过程的不可逆性 §9.7热力学系统的熵 §9.8熵增加原理 §9.9热力学第二定律的统计意义 熵的统计表述有序和无序
§9.1 内能 功和热量 准静态过程 第 9 章 热力学定律 §9.2 热力学第一定律 热容 §9.3 绝热过程 多方过程 §9.5 热力学第二定律 §9.6 热力学过程的不可逆性 §9.7 热力学系统的熵 §9.8 熵增加原理 §9.9 热力学第二定律的统计意义 熵的统计表述 有序和无序 §9.4 循环过程 卡诺循环过程
§9.5热力学第二定律 热力学过程必须满足能量守恒， 即必须满足热力学第一定律，但 是满足热力学第一定律的过程是 否就一定能实现？ 例如效率为百分之一百 的热机能否实现（第二 类永动机)？ 定义自发过程：孤立系统中自动进行的过程 事实证明：自发过程具有确定的方向
定义自发过程：孤立系统中自动进行的过程 事实证明：自发过程具有确定的方向 §9.5 热力学第二定律 热力学过程必须满足能量守恒， 即必须满足热力学第一定律，但 是满足热力学第一定律的过程是 否就一定能实现？ 例如效率为百分之一百 的热机能否实现（第二 类永动机）？
一、自发过程的方向性 1.气体向真空绝热膨胀 A B A>B 自发过程 BA 非自发过程 下面来求始末两状态间温度关系 A→BQ=0A=0△E=0 温度不变
一、自发过程的方向性 1. 气体向真空绝热膨胀 → BA 自发过程 Q = 0 A = 0 ΔE = 0 → AB 非自发过程 → BA 温度不变 A B 下面来求始末两状态间温度关系
2.被摩擦的机体温度升高 3.导体中电流产生热效应 4.温度不同的导体最终达到平衡温度 可以看出：热功转换具有方向性 热传导具有方向性！ 二、热力学第二定律 1.孤立系统中存在机械能或电磁能总是自动地转变 为分子的热运动能 2.孤立系统中热总是自动地从高温区域向低温区域 传递
2. 被摩擦的机体温度升高 3. 导体中电流产生热效应 4. 温度不同的导体最终达到平衡温度 可以看出：热功转换具有方向性 热传导具有方向性！ 二、热力学第二定律 1. 孤立系统中存在机械能或电磁能总是自动地转变 为分子的热运动能 2. 孤立系统中热总是自动地从高温区域向低温区域 传递
3.热力学第二定律的Kelvin表述 不可能从单一热源吸收热量，使它完全转变为 功，而不引起其他变化。 注： (1)从单一热源吸收热量， 使它完全转变为功是 可以实现的如理想气 体等温膨胀（如右 图)。 V
不可能从单一热源吸收热量，使它完全转变为 功，而不引起其他变化。 3. 热力学第二定律的 Kelvin 表述 T V p o V1 V2 p 1 p 2 （ 1）从单一热源吸收热量， 使它完全转变为功是 可以实现的如理想气 体等温膨胀（如右 图）。 注：
(2)Kelvin表述否定了热机效率为 百分之一百的可能性。 如果Kelvin表述不成立如右图 将可以从空气或海洋中得到取 T大气或海洋 之不尽的能量。 从单一的热源（大气或海洋)吸收 热量使之全部变为有用的功。 4.热力学第二定律的Clausius: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◆→热量不能自动地从低温物体传向高温
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 热量不能自动地从低温物体传向高温 4. 热力学第二定律的Clausius表述 （ 2 ）Kelvin 表述否定了热机效率为 百分之一百的可能性 。 将可以从空气或海洋中得到取 之不尽的能量。 如果 Kelvin 表述不成立如右图 A T Q 大气或海洋 从单一的热源（大气或海洋）吸收 热量使之全部变为有用的功
三、两种表述的等效性 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。 高温热源 A+22 E F 低温热源 因此，如果违反开尔文表述， 我们就可以构造一个 系统，其中一部分（热机)实现从高温热源吸热使 之完全变为有用的功并提供给系统的另一部分（致 冷机)把低温热源的能量输送到高温热源。总体效 果是实现了低温热源的能量“自动地”流向高温热 源，则克劳修斯表述也不成立
三 、两种表述的等效性 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立 。 高温热源 低温热源 E Q A F Q 2 A+ Q 2 Q 2 Q 2 因此，如果违反开尔文表述，我们就可以构造一个 系统，其中一部分（热机）实现从高温热源吸热使 之完全变为有用的功并提供给系统的另一部分（致 冷机）把低温热源的能量输送到高温热源。总体效 果是实现了低温热源的能量 “自动地 ”流向高温热 源，则克劳修斯表述也不成立
如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。 高温热源 21-22 22 F E A 22 22 低温热源 因此，如果违反克劳修斯表述，我们就可以构造一个 系统，其中一部分（致冷机）把低温热源的能量不需 要外界作功的情况下，输送到高温热源，而系统的另 一部分（热机）实现从高温热源吸热使之部分变为有 用的功。总体效果是实现了高温热源的能量(2122) “全部地”变为有用的功，则表述开尔文也不成立
如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。 高温热源 低温热源 E Q 1 A Q 2 Q 2 Q 2 F Q 1 - Q 2 A 因此，如果违反克劳修斯表述，我们就可以构造一个 系统，其中一部分（致冷机）把低温热源的能量不需 要外界作功的情况下，输送到高温热源，而系统的另 一部分（热机）实现从高温热源吸热使之部分变为有 用的功。总体效果是实现了高温热源的能量（ Q 1 - Q 2 ） “全部地 ”变为有用的功，则表述开尔文也不成立
[例9-6]试证在p-V图上两绝热线不相交 证：反证法 若两绝热线相交于点A dT=0 B 则作等温线与两绝热线 相交于B,C V 循环BCAB,从单一热源吸收热量，使它完全 转变为功，而不引起其他变化，违反热力学第 二定律，所以是不可能的。 在p-V图上两绝热线不相交 END
[例 9-6] 试证在p-V 图上两绝热线不相交 证：反证法 若两绝热线相交于点A 则作等温线与两绝热线 相交于B,C 循环BCAB，从单一热源吸收热量，使它完全 转变为功，而不引起其他变化，违反热力学第 二定律，所以是不可能的。 在p-V 图上两绝热线不相交 o V p dT=0 B C A END
