§7-6热力学第二定律 第七章 自然过程的方向 合热一律的过程,不一定能在自然界发生, 例如: 重物下落,功全部 转化成热而不产生其 水 叶片他变化,可自然进行 重物 重物囗 水冷却使叶片旋转, 绝热壁 从而提升重物,则不可 焦耳热功当量实验 能自然进行 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第1页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第1页 自然过程的方向 符合热一律的过程，不一定能在自然界发生， 例如： 重物下落，功全部 转化成热而不产生其 他变化，可自然进行。 水冷却使叶片旋转， 从而提升重物，则不可 能自然进行。 · · 水 叶片 重物 重物 绝热壁 焦耳热功当量实验
§7-6热力学第二定律 第七章 一些自然过程的方向: 过程的唯一效果能否发生 热功1功全部,热 转换执全部。功 热高温低温 传 导低温热量 高温 气体分离 混合 扩散混合 分离 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第2页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第2页 过程的唯一效果 能否发生 热功 转换 功 热 热 功 √ 热 传 导 高温 热量 低温 高温 热量 低温 √ 气体 扩散 分离 混合 混合 分离 √ 一些自然过程的方向： 全部 全部
§7-6热力学第二定律 第七章 热力学第二定律 力学第二定律是关于自然过程方向的 条基本的、普遍的定律。 热力学第二定律的两种表述: 1开氏表述( Kelvin,1851): 其唯一效果 第二类 是热量全部转 Q永动机 变为功的过程 n= 是不可能的。 Q 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第3页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第3页 热力学第二定律 热力学第二定律是关于自然过程方向的一 一. 热力学第二定律的两种表述： 1.开氏表述（Kelvin， 1851）： 其唯一效果 是热量全部转 变为功的过程 是不可能的。 A = Q Q T = 1 第二类 永动机 条基本的、普遍的定律
§7-6热力学第二定律 第七章 开氏表述的另种说法:不存在第二类永动机 思考左图所示过程是 T>e 否违反热力学第二定律? 2.克氏表述( clausius,1850): 热量不能T1(高) W=o 自动地从低 Q 温物体传向 72(低)] 高温物体 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第4页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第4页 A = Q V1 T Q V2 思考 左图所示过程是 开氏表述的另种说法： 2. 克氏表述（clausius，1850） ： 热量不能 自动地从低 温物体传向 高温物体 Q T1（高） T2（低） w = 否违反热力学第二定律？ 不存在第二类永动机
§7-6热力学第二定律 第七章 两种表述的等价性 1.若克氏表述成立,则开氏表述亦成立 反证法: Q1+Q2 设开氏表 则克氏表 述不成立 A=o 等价 Q2述不成立 开氏表 T × 述成立 克氏表 述成立 2.若开氏表述成立,则克氏表述也成立。(自证) 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第5页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第5页 二. 两种表述的等价性 1. 若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。 反证法： 克氏表 述成立 开氏表 述成立 等价 设开氏表 述不成立 则克氏表 述不成立 2. 若开氏表述成立，则克氏表述也成立。（自证） A=Q1 T1 Q1 T1 T2 Q2 Q1+Q2 T2 Q2 Q1 T1 A
§7-6热力学第二定律 第七章 例试证明在p-图上任意物质的一条等温 线和一条绝热线不能相交两次。 证:用反证法,设等温线和绝热线能相交两次。 等温线 则如图示,可构成一个 单热库热机,从而违反热 绝热公4=Q力学第二定律的开氏表述, (等S线) 故假设不成立 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第6页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第6页 [例]. 试证明在p − V图上任意物质的一条等温 证：用反证法，设等温线和绝热线能相交两次。 绝热线 （等 S 线） 等温线 Q A = Q p V 则如图示，可构成一个 单热库热机，从而违反热 力学第二定律的开氏表述， 故假设不成立。 线和一条绝热线不能相交两次
§7-6热力学第二定律 第七章 过程的可逆性 定义 1可逆过程( reversible process): 其结果(系统和外界的变化)可以完全 被消除的过程。(准静态、无摩擦的过程) 般地说,如果过程进行的每一步都仅 使外界条件改变一个无穷小的量,那么这 个过程就是可逆的。 可逆过程必然是可以沿原路径反向进行的 (其结果是系统和外界能同时回到初态)。 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第7页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第7页 过程的可逆性 一. 定义 1.可逆过程（reversible process）： 其结果（系统和外界的变化）可以完全 被消除的过程。（准静态、无摩擦的过程） 一般地说，如果过程进行的每一步都仅 使外界条件改变一个无穷小的量，那么这 个过程就是可逆的。 （其结果是系统和外界能同时回到初态）。 可逆过程必然是可以沿原路径反向进行的
2不可逆过程( irreversible process): §7-6热力学第二定律 其结果不能完全被消除的过程。例如: 摩擦生热,有限温差热传导,气体自由膨胀 ●●● “一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆” 生命过程是不可逆的: 出生→童年→少年→青年→中年→老年 →八宝山 不可逆!正如一首歌中唱的: “今天的你我 怎能重 复 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第8页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第8页 2. 不可逆过程（irreversible process）： 其结果不能完全被消除的过程。例如： 有限温差热传导， “一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆” →八宝山 “今天的你我 怎能重 复 昨天的故事!” 生命过程是不可逆的： 出生→童年 →少年 →青年 →中年 —— 不可逆！ →老年 摩擦生热， 气体自由膨胀 正如一首歌中唱的：
§7-6热力学第二定律 第七章 不可逆过程是相互沟通的 热二律的功全部转换成热而不产生其 开氏表述2它影响的过程是不可逆的 (否则热全部转换为功而不产生其它影响成立, 这就违背了热二律的开氏说法。) 热二律的 克氏说法 有限温差热传导不可逆 开氏、克氏功、热转换口热传导的 表述的等价的不可逆性白不可逆性 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第9页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第9页 二 . 不可逆过程是相互沟通的 热二律的 开氏表述 功全部转换成热而不产生其 它影响的过程是不可逆的 热二律的 克氏说法 有限温差热传导不可逆 功、热转换 的不可逆性 热传导的 不可逆性 开氏、克氏 表述的等价 （否则热全部转换为功而不产生其它影响成立， 这就违背了热二律的开氏说法。）
§7-6热力学第二定律 第七章 实际上,一切不可逆过程郗是相互沟通的。例如: 功变热而不产生其他影 气体自由膨 响之不可逆(开氏表述)可导出胀之不可逆 证明: 气体 →Q'T A=o 绝热壁 等价 气体 自动收气体 循环,无变化 导致 不成立 不成立 任何一种不可逆过程的表述,都可作为热力学第 定律的表述! 2021年2月24日星期 中南林业科技大学理学院物理教研室 第10页
§7-6 热力学第二定律 第七章 2021年2月24日星期三 中南林业科技大学理学院物理教研室 第10页 实际上，一切不可逆过程都是相互沟通的。 功变热而不产生其他影 响之不可逆（开氏表述） 气体自由膨 胀之不可逆 等 绝热壁 价 Q T A=Q T 气体 A=Q T Q 循环，无变化 气体 证明： 任何一种不可逆过程的表述，都可作为热力学第 二定律的表述！ 设气体能 自动收缩 不成立 不成立 可导出 例如： 导致 气体 T