热学 Heat 第4章 17 热力学第二定律 2005年秋季学期 陈信义编
热 学 Heat 2005年秋季学期 第4章 热力学第二定律 陈信义编
目录 §41自然过程的方向 §42不可逆性相互依存 §43热力学第二定律及其微观意义 §44热力学概率与自然过程的方向 §4.5玻尔兹曼熵公式与熵增加原理 §4.6可逆过程 §47克劳修斯熵公式 §48熵增加原理举例 Δ§49温熵图 Δ§4.10熵和能量退降
§4.1 自然过程的方向 §4.2 不可逆性相互依存 §4.3 热力学第二定律及其微观意义 §4.4 热力学概率与自然过程的方向 §4.5 玻尔兹曼熵公式与熵增加原理 §4.6 可逆过程 §4.7 克劳修斯熵公式 §4.8 熵增加原理举例 §4.9 温熵图 §4.10 熵和能量退降 目 录
前言 热力学第一定律要求:在一切热力学过程中 ,能量一定守恒。但是,满足能量守恒的过程 是否一定都能实现? 实际过程的进行有方向性,满足能量守恒的 过程不一定都能进行。 热力学第二定律:自然过程(不受外来干预 ,例如孤立体糸内部的过程)总伴随看分子混 乱程度或无序程度(用“墒”来量度)的增加
热力学第一定律要求：在一切热力学过程中 ，能量一定守恒。但是，满足能量守恒的过程 是否一定都能实现？ 前 言 实际过程的进行有方向性，满足能量守恒的 过程不一定都能进行。 热力学第二定律：自然过程（不受外来干预 ，例如孤立体系内部的过程）总伴随着分子混 乱程度或无序程度（用“熵”来量度）的增加
541自然过程的方向性 1、功热转换 功→热:重物下落,劝全 部转变成热,养且不引起其 它任何变化。 称:过程能“自动”发生。 热→功:水温降低,产生水流,推动叶片 转动,提升重物,而不引起其它任何变化。 过程不能旬动发生。 通过摩使功变热的过程是不可逆的,逆过 程不能旬动发生
§4.1 自然过程的方向性 1、功热转换 水 功→热：重物下落，功全 部转变成热 水温降低，产生水流，推动叶片 转动，提升重物，而不引起其它任何变化。 —称：过程能“自动”发生。 通过摩擦使功变热的过程是不可逆的，逆过 程不能自动发生。 —过程不能自动发生。 ，并且不引起其 它任何变化。 热→功：
【思考】 绝热壁 热库r△T 做功 T 理想气体能从单一热源吸热作等温膨胀,可 把热全部转变成功。热→功是可逆的? 不可逆:因为引起了气体体积膨胀。而气体不 能自动压缩,逆过程不能旬动发生。 一热娠热机(第二类永动机)不能制成
不可逆：因为引起了气体体积膨胀。 单一热源热机（第二类永动机）不能制成。 而气体不 能自动压缩，逆过程不能自动发生。 理想气体能从单一热源吸热作等温膨胀，可 把热全部转变成功。 热库 T T –T 绝热壁 做功 【思考】 热→功 是可逆的？
2、热传导 有限温差的两个物体相接触,热量总是自动 由高温物体传向低温物体。相反过程不会自动 发生。 当然,用致冷机可把热量高温热库T 由低温物体传向高温物体。 Q 但外界必须对工质儆功, 工质 这引起了其它效果。 有限温差热传导不可逆。 低温热库T2
有限温差的两个物体相接触，热量总是自动 由高温物体传向低温物体。相反过程不会自动 发生。 当然，用致冷机可把热量 由低温物体传向高温物体。 有限温差热传导不可逆。 高温热库T1 低温热库T2 A Q1 Q2 但外界必须对工质做功， 工质 这引起了其它效果。 2、热传导
3、气体的绝热自由膨胀 非平衡态 平衡态 非平衡态→平衡态:可以自动进行 平衡态→非平衡态:不能自动进行,气体不能 自动压缩。 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的
3、气体的绝热自由膨胀 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 非平衡态 平衡态 非平衡态→平衡态：可以自动进行 平衡态→非平衡态：不能自动进行，气体不能 自动压缩
总结:实际宏观过程都涉及热功转换、热传 导和非平衡态向平衡态的转化。所以,一切与 热现象有关的宏观过程都是不可逆的。 542不可逆性相互依存 自然的宏观过程的不可逆性相互依存。一种 实际过程的不可逆性保证了另一种过程的不可 逆性。反之,如果一种实际过程的不可逆性消 失了,则其它实际过程的不可逆性也就随之消 失了
§4.2不可逆性相互依存 自然的宏观过程的不可逆性相互依存。一种 实际过程的不可逆性保证了另一种过程的不可 逆性。反之，如果一种实际过程的不可逆性消 失了，则其它实际过程的不可逆性也就随之消 失了。 总结：实际宏观过程都涉及热功转换、热传 导和非平衡态向平衡态的转化。所以，一切与 热现象有关的宏观过程都是不可逆的
热由高温物体 功变热不可逆性消失中传向低温物体 不可逆性消失 高温T Q T 12 热库T >70 低温T
功变热不可逆性消失 热由高温物体 传向低温物体 不可逆性消失 T>T0 Q T A 热库T0 低温T0 高温T Q
热由高温物体 传向低温物体→功变热不可逆性消失 不可逆性消失 高温热库T1 高温热库T ere 低温热库T2 导致“第二类永动 机”可制成! 1>
导致“第二类永动 机”可制成! 高温热库T1 T1> T2 Q2 低温热库T2 功变热不可逆性消失 热由高温物体 传向低温物体 不可逆性消失 Q1－Q2 A 高温热库T1 Q1 Q2 A