第四章热力学第二定律 (Second law of thermodynamics) §4.1自然过程的方向c §42热力学第二定律m §43过程的可逆性 §44卡诺定理 §4.5克劳修斯熵公式■ §4.6熵增加原理 §47热二律的统计意义■ §4.8玻耳兹曼熵公式m △§49温熵图 亼§4.10熵与能量退降m
1 第四章 热力学第二定律 （Second law of thermodynamics） §4.1 自然过程的方向 §4.2 热力学第二定律 §4.3 过程的可逆性 §4.4 卡诺定理 §4.5 克劳修斯熵公式 §4.6 熵增加原理 △§4.9 温熵图 △§4.10 熵与能量退降 §4.7 热二律的统计意义 §4. 8 玻耳兹曼熵公式
s41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 O全部转化成热而 水 叶片不产生其他变化, 可自然进行。 重物 重物□ 水冷却使叶片 绝热壁 旋转,从而提升 重物,则不可能 焦耳热功当量实验 自然进行。2
2 §4.1 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
些自然过程的方向 过程的唯一效果能否发生 热功功全部,热 转换执全部功 热高温 热量,低温 传 导低热量高温 气体分离一混合 扩散混合一分离
3 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
§42热力学第二定律 热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,它是较热力学第 定律层次更深的规律。 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 第二类 是热量全部转 永动机 变为功的过程 T=1 是不可能的。 A=o ×
4 §4.2 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， 定律层次更深的规律。 它是较热力学第一
另一种表述:第二类永动机不可能制成 思考 Te A=Q左图所示过程是否违 反热力学第二定律? 2 2.克氏表述( clausius,1850): 热量不能T1(高) 下自动地从低 U=oo 温物体传向n2(低) 高温物体
5 A = Q V1 T Q V2 左图所示过程是否违 思考 另一种表述：第二类永动机不可能制成 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 = 反热力学第二定律？
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: T 21+o 设开氏 则克氏 表述不 =Q1 等价 Q2表述不 成立 成立 TI 开氏表 克氏表 述成立 述成立 2若开氏表述成立,则克氏表述也成立自证)
6 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 A=Q1 T1 Q1 T1 T2 等价 Q2 设开氏 表述不 成立 则克氏 表述不 成立 Q1+Q2 T2 Q2 2.若开氏表述成立，则克氏表述也成立。（自证） Q1 T1 A
s43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,一个过程进行时,如果使外 界条件改变一无穷小的量,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)
7 §4.3 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，一个过程进行时，如果使外 界条件改变一无穷小的量，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): 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 不可逆过程必然不可能沿原路径反向进行。 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! “今天的你我 怎能 复
8 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 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 不可逆过程必然不可能沿原路径反向进行
二.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 有限温差热传导不可逆 克氏说法 开氏、克氏功、热转换|口热传导的 表述的等价与的不可逆性白不可逆性
9 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。）
实际上,一切不可逆过程都是相互沟通的 例如:开氏表述□→气体不可能自动收缩 功变热而不产生其气体自由膨 他影响之不可逆 胀之不可逆 证明: 气体 T O T 4=Q Q 绝热壁 等 A=Q 设气体能 价(气体 自动收缩 气体T 循环,无变化 不成立 不成立 任何一种不可逆过程的表述,都可作为 热力学第二定律的表述! 10四
10 实际上，一切不可逆过程都是相互沟通的。 例如：开氏表述 气体不可能自动收缩 功变热而不产生其 他影响之不可逆 气体自由膨 胀之不可逆 等 价 绝热壁 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 气体 T 不成立 不成立