力学第二定
热力学第二定律
本节内容 ●热力学第二定律 second law of thermodynamics ●熵 entropy
本章内容 热力学第二定律 second law of thermodynamics 熵 entropy
8热力学第二定律 引[言 违背热力学第一定律的过程都不可能发生 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生 自然过程是按一定方向进行的。 高温低温 高温低温 物体物体 物体物体 Q 会自动发生 不会自动发生
引言 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。 自然过程是按一定方向进行的。 高温 物体 低温 物体 Q 高温 物体 低温 物体 Q 会自动发生 不会自动发生
8热力学第二定律 引[言 违背热力学第一定律的过程都不可能发生 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生 自然过程是按一定方向进行的。 气体自 气体自 由膨胀 动收缩 会自动发生 不会自动发生
续上 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。 自然过程是按一定方向进行的。 高温 物体 低温 物体 Q 高温 物体 低温 物体 Q 会自动发生 不会自动发生 气体自 由膨胀 气体自 动收缩 不会自动发生
8热力学第二定律 引[言 违背热力学第一定律的过程都不可能发生 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生 自然过程是按一定方向进行的。 功转变 热量自行 成热量 转变成功 会自动发生 不会自动发生
续上 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。 自然过程是按一定方向进行的。 气体自 由膨胀 会自动发生 气体自 动收缩 不会自动发生 功转变 成热量 会自动发生 热量自行 转变成功 不会自动发生
8热力学第二定律 引[言 违背热力学第一定律的过程都不可能发生 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生 自然过程是按一定方向进行的。 热量不可能自动地由低温物体传向高温物体 气体的体积不可能自动地等温缩小。 热量不可能在不引起其它变化的条件下而全部转变为功。 各种实际过程进行方向的规律性将用热力学第二定律来表述
续上 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。 自然过程是按一定方向进行的。 功转变 成热量 会自动发生 热量自行 转变成功 不会自动发生 热量不可能自动地由低温物体传向高温物体。 气体的体积不可能自动地等温缩小。 热量不可能在不引起其它变化的条件下而全部转变为功。 … … 各种实际过程进行方向的规律性将用热力学第二定律来表述
∧可逆过程与不可逆过程 个热力学系统由 个热力学系统由 某一初态出发,经过 某一初态出发,经过 某一过程到达末态后,某一过程到达末态后, 如果还存在另一过程 如果不存在另一过程, 它能使系统和外界完 它能使系统和外界完 全复原(即系统回到 全复原,则原过程称 初态,又同时消除了 为不可逆过程。 原过程对外界引起的 一切影响),则 由于摩擦等耗散因素的实际 原过程称为可逆过程。 存在,不可能使系统和外界完 全复原。因此有关热现象的实 可逆过程只是一种理想模型。 际宏观过程和非准静态过程都 准静态过程可视为可逆过程。 是不可逆过程
可逆与不可逆过程 可逆过程只是一种理想模型。 准静态过程可视为可逆过程。 一个热力学系统由 某一初态出发，经过 某一过程到达末态后， 如果还存在另一过程， 它能使系统和外界完 全复原（即系统回到 初态，又同时消除了 原过程对外界引起的 一切影响），则 原过程称为可逆过程。 一个热力学系统由 某一初态出发，经过 某一过程到达末态后， 如果不存在另一过程， 它能使系统和外界完 全复原，则原过程称 为不可逆过程。 由于摩擦等耗散因素的实际 存在，不可能使系统和外界完 全复原。因此有关热现象的实 际宏观过程和非准静态过程都 是不可逆过程
热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述:不可能将热量从低温物体传 到高温物体而不引起其它变化(即热量不会自动 地从低温物体传到高温物体)。 外界需对系统作功,就属“其它变化”。此表述说明热传导过程的不可逆性。 开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量 并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 等温膨胀时系统体积增大亦属“其它变化”。此表述说明功变热过程的不可逆 性 Q1- 企图制造单一热源且=100%的热机称为第二类永动机。 〓〓 g它并不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律。 开尔文另一表述为:第二类永动机是不可能造成的
定律的两种表述 不可能将热量从低温物体传 到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动 地从低温物体传到高温物体）。 不可能从单一热源吸取热量 并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 外界需对系统作功，就属“其它变化”。此表述说明热传导过程的不可逆性。 等温膨胀时系统体积增大亦属“其它变化”。此表述说明功变热过程的不可逆 性。 企图制造单一热源且 % 的热机称为第二类永动机。 开尔文另一表述为：第二类永动机是不可能造成的。 它并不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律
热力学第二定律的两种表述是等价的 举一个反证例子:假如热量可以自动地从低温热源传向 高温热源,就有可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用 功而不引起其它变化。 高温热源T1 高温热源T1 假 想自 1 Q1=QiQ2 的aQ2 等价于 日口■■ 传热装置 )4> 卡诺热机 低温热源T2 低温热源T2 (但实际上是不可能的)
表述的等价性 举一个反证例子： 假如热量可以自动地从低温热源传向 高温热源，就有可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用 功而不引起其它变化。 高温热源 低温热源 假 想 的 自 动 传 热 装 置 卡诺热机 等价于 高温热源 低温热源 （但实际上是不可能的）
热力学第二定律不但在两种表述上是等价的,而且它在 表明一切与热现象有关的实际宏观过程的不可逆性方面也是 等价的。历史上的两种表述只是一种代表性的表述 P用热力学第二定律证明绝热线与等温线不能相交于两点 解法提要:若P-V图上绝热线与等温线相交于两点, 则可作一个由等温膨胀和绝热压p 缩准静态过程组成的循环过程。 系统只从单一热源(等温过 程中接触的恒定热源)吸热Q1。 完成一个循环系统对外作的 净功为A=Q1,并一切恢复原 等温线 状。这违背热力学第二定律的开 绝热线 尔文表述,故绝热线与等温线不 能相交于两点
热力学第二定律不但在两种表述上是等价的，而且它在 凡例 表明一切与热现象有关的实际宏观过程的不可逆性方面也是 等价的。历史上的两种表述只是一种代表性的表述。 用热力学第二定律证明绝热线与等温线不能相交于两点 等温线 绝热线 若 图上绝热线与等温线相交于两点， 则可作一个由等温膨胀和绝热压 缩准静态过程组成的循环过程。 系统只从单一热源（等温过 程中接触的恒定热源）吸热 。 完成一个循环系统对外作的 净功为 ，并一切恢复原 状。这违背热力学第二定律的开 尔文表述，故绝热线与等温线不 能相交于两点