一海大理学院教号裸件 大学物理学电子教案 热力学第二定律与熵 6一7热力学第二定律的表述卡诺定理 ·热力学第二定律 ·卡诺定理 6一8熵熵增加原理 ·熵 ·熵的计算 ·熵增加原理与热力学第二定律
大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 热力学第二定律与熵 6－7 热力学第二定律的表述 卡诺定理 • 热力学第二定律 • 卡诺定理 6－8 熵 熵增加原理 • 熵 • 熵的计算 • 熵增加原理与热力学第二定律
复习 ·理想气体的等温过程和绝热过程 ·多方过程 ·循环过程 •热机和制冷机 卡诺循环 7=
复 习 •理想气体的等温过程和绝热过程 •多方过程 •循环过程 •热机和制冷机 •卡诺循环 1 2 1 T T = −
6-7热力学第二定律的表述卡诺定理 引言 •热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程 中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 •观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过 程都是不可逆的，或者说是有方向性的。 •对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新 的自然规律，即热力学第二定律
•热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程 中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 •观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过 程都是不可逆的，或者说是有方向性的。 •对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新 的自然规律，即热力学第二定律。 6－7 热力学第二定律的表述 卡诺定理 引言
可逆过程和不可逆过程 引入： 热传递： 正过程 热量从高温物体→低温物体，成立 逆过程 热量从低温物体→高温物体，不成立 热功转换： 正过程一功→热量，成立 逆过程一 热量功，不成立 热力学的过程是有方向的。 2、定义： 在系统状态的变化过程中，系统由一个状态出发经过某一过程 达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全 恢复原来的状态（即系统回到原来状态，同时原过程对外界引 起的一切影响)则这样的过程称为可逆过程；反之，如果用任 何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完全恢复原来的状态， 则这样的过程称为不可逆过程
一、可逆过程和不可逆过程 1、引入： 热传递： 正过程——热量从高温物体→低温物体，成立 逆过程——热量从低温物体→高温物体，不成立 热功转换： 正过程——功→热量，成立 逆过程——热量→功，不成立 热力学的过程是有方向的。 2、定义： 在系统状态的变化过程中，系统由一个状态出发经过某一过程 达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全 恢复原来的状态（即系统回到原来状态，同时原过程对外界引 起的一切影响）则这样的过程称为可逆过程；反之，如果用任 何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完全恢复原来的状态， 则这样的过程称为不可逆过程
3、可逆过程的条件 过程要无限缓慢地进行，即属于准静态过程； 过程无耗散（没有摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功) 即只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能是 可逆的。 自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不 可逆的。例如： ●理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。 ●热传导过程是不可逆的
3、可逆过程的条件 •过程要无限缓慢地进行，即属于准静态过程； •过程无耗散（没有摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功）。 即只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能是 可逆的。 自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不 可逆的。例如： ⚫理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。 ⚫热传导过程是不可逆的
二、热力学第二定律 1、热力学第二定律的两种表述 热力学第二定律的克劳修斯表述（1850)： 不可能把热量从低温物体自动地传到高温物体而不引 起其他变化。 克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。 克劳修斯(Rudolf Clausius.,1822-1888),德国 物理学家，对热力学理论有杰出的贡献，曾提出 热力学第二定律的克劳修斯表述和熵的概念，并 得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论 创始人之一，提出统计概念和自由程概念，导出 R.Clausius 平均自由程公式和气体压强公式，提出比范德瓦 1822-1888) 耳斯更普遍的气体物态方程
二、热力学第二定律 1、热力学第二定律的两种表述 •热力学第二定律的克劳修斯表述（ 1850）： 不可能把热量从低温物体自动地传到高温物体而不引 起其他变化。 克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。 克劳修斯（Rudolf Clausius，1822-1888），德国 物理学家，对热力学理论有杰出的贡献，曾提出 热力学第二定律的克劳修斯表述和熵的概念，并 得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论 创始人之一，提出统计概念和自由程概念，导出 平均自由程公式和气体压强公式，提出比范德瓦 耳斯更普遍的气体物态方程
热力学第二定律的开尔文表述（1851)： 不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单 一热源冷却来作功，而不放出热量给其它物体，或 者说不使外界产生任何变化。 开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。 开尔文(W.Thomse0n,1824-1907),原名汤姆 孙，英国物理学家，热力学的奠基人之一。1851 年表述了热力学第二定律。他在热力学、电磁学、 波动和涡流等方面卓有贡献，1892年被授予开尔 文爵士称号。他在1848年引入并在1854年修改的 L不TeL2 温标称为开尔文温标。为了纪念他，国际单位制 18241907 中的温度的单位用“开尔文”命名
开尔文（W. Thomson，1824-1907），原名汤姆 孙，英国物理学家，热力学的奠基人之一。1851 年表述了热力学第二定律。他在热力学、电磁学、 波动和涡流等方面卓有贡献，1892年被授予开尔 文爵士称号。他在1848年引入并在1854年修改的 温标称为开尔文温标。为了纪念他，国际单位制 中的温度的单位用“开尔文”命名。 •热力学第二定律的开尔文表述（ 1851）： 不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单 一热源冷却来作功，而不放出热量给其它物体，或 者说不使外界产生任何变化。 开氏表述指明功变热的过程是不可逆的
第二类永动机 概念：历史上曾经有人企图制造这样一种循环工作的热机，它 只从单一热源吸收热量，并将热量全部用来作功而不放出热量 给低温热源，因而它的效率可以达到100%。即利用从单一热源 吸收热量，并把它全部用来作功，这就是第二类永动机。 第二类永动机不违反热力学第一定律，但它违反了热力学第 二定律，因而也是不可能造成的。 2、热力学第二定律两种描述的等价性 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯 表述则说明热传导过程的不可逆性，二者在表述实际宏 观过程的不可逆性这一点上是等价的。即一种说法是 正确的，另一种说法也必然正确；如果一种说 法是不成立的，则另一种说法也必然不成立。可 用反证法证明
第二类永动机 概念：历史上曾经有人企图制造这样一种循环工作的热机，它 只从单一热源吸收热量，并将热量全部用来作功而不放出热量 给低温热源，因而它的效率可以达到100%。即利用从单一热源 吸收热量，并把它全部用来作功，这就是第二类永动机。 第二类永动机不违反热力学第一定律，但它违反了热力学第 二定律，因而也是不可能造成的。 2、热力学第二定律两种描述的等价性 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯 表述则说明热传导过程的不可逆性，二者在表述实际宏 观过程的不可逆性这一点上是等价的。即一种说法是 正确的，另一种说法也必然正确；如果一种说 法是不成立的，则另一种说法也必然不成立。可 用反证法证明
开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立 高温热源 五高温热源 效果 机 T2低温热源 T2低温热源 违背开尔文表述 一定违背克劳修斯表述
•开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立
克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立 效果 假想装置 违背克劳修斯表述 一定违背开尔文表述
•克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立