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第六章
热力学第二定律
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热学
§ 热力学第二定律§ 热现象过程的不可逆性§ 热力学第二定律的统计 意义§ 卡诺定理§ 热力学温标§ 应用卡诺定理的例子§ 熵*§ 熵增加原理*§ 熵与热力学几率*
第六章热力学第二定律
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热学
任何热力学过程都必须遵守热力学第一定律,然而遵守热力学第一定律的热力学过程就一定能实现吗?热量可以由高温物体自发地传向低温物体,反之可以吗?运动物体的机械能可以通过做功而转化为热能,而物体吸收热量能否自动转化成机械能而运动起来?气体自由膨胀可以进行,而气体自动收缩能否进行?另一方面,在生产实践中,可不可以将热机的效率提高到100%。通过研究,人们总结出了热力学第二定律。第二定律的表述可以有多种方式,但其中最有代表性的是开尔文表述和克劳修斯表述两种。
§ 第二定律的表述及其实质
一、引言
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热学
二、开尔文表述
不可能制成一种循环动作的热机,它只从一个从单一热源吸取热量,并使之完全变成有用的功而不引起其他变化。
另一表述:
第二类永动机(从单一热源吸热并全部变为功的热机)是不可能实现的。
§ 第二定律的表述及其实质
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热学
三、克劳修斯表述
热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。
两种表述的一致性
高温热源T1
低温热源T2
高温热源T1
低温热源T2
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高温热源T1
低温热源T2
高温热源T1
低温热源T2
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四、自然过程的方向性
对于孤立系统,从非平衡态向平衡态过渡是自动进行的,这样的过程叫自然过程。
具有确定的方向性。
(1)功变热是自动地进行的。
功热转换的过程是有方向性的。
(2)热量是自动地从高温物体传到低温物体。
热传递过程是有方向性的。
(3)气体自动地向真空膨胀。
气体自由膨胀过程是有方向性的。
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热学
五、可逆过程和不可逆过程
可逆过程: 在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化.
不可逆过程: 在不引起其他变化的条件下, 不能使逆过程重复正过程的每一状态, 或者虽然重复但必然会引起其他变化.
注意:不可逆过程不是不能逆向进行,而是说当过程逆向进行时,逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。
一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。
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热学
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六、关于几条热力学定律的比较
1、热力学第二定律的实质
在一切与热相联系的自然现象中它们自发地实现的过程都是不可逆的。
2、比较
第一定律主要从数量上说明功和热量的等价性。
第二定律却从转换能量的质的方面来说明功与热量的本质区别,从而揭示自然界中普遍存在的一类不可逆过程。
任何不可逆过程的出现,总伴随有“可用能量”被贬值为“不可用能量”的现象发生。
第零定律:指出温度相同是达到热平衡的诸物体所具有的共同性质。
第二定律却从热量自发流动的方向判别出物体温度的高低。
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一、热力学第二定律的微观意义
系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化
功变热过程、热传递过程、气体自由膨胀过程
大量分子从无序程度较小(或有序)的运动状态向无序程度大(或无序)的运动状态转化
热力学第二定律的微观意义
一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
§ 第二定律的统计意义
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