热力学第二定律经典表述.ppt

§ 热力学第二定律的经典表述
从上面的讨论可知,一切自发过程(如:理气真空膨胀、热由高温流向低温、自发化学反应)的方向,最终都可归结为功热转化的方向问题:
“功可全部变为热,而热不能全部变为功而不引起任何其他变化”。
一、克劳修斯和开尔文对热力学第二定律的经典表述
A. 克劳修斯(Clausius) 表述:
“不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起任何其他变化。”(上例2)
B. 开尔文(Kelvin) 表述
不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不发生其他变化。或者说:
不可能设计成这样一种机器,这种机器能循环不断地工作,它仅仅从单一热源吸取热量变为功,而没有任何其他变化。
这种机器有别于第一类永动机(不供给能量而可连续不断产生能量的机器),所以开尔文表述也可表达为:
“第二类永动机是不可能造成的。”
事实上,表述 A 和表述 B 是等价的;
对于具体的不同的过程,可方便地用不同的表述判断其不可逆性。
例如上例2中“热由高温低温的过程”,可直接用克劳修斯表述说明其不可逆性:
要回复原状,即热从低温高温,不可能不引起其他变化。
证明表述 A , B 的等价性
要证明命题 A 及 B 的等价性(A = B),可先证明其逆否命题成立,即:
①若非A成立,则非B也成立
 B  A(B包含A);
②若非B成立,则非A也成立
 A  B(A包含B);
③若①②成立,则 A = B ,
即表述 A、B 等价。
B  A
(B包含A)
A  B
(A包含B)
I. 证明若Kelvin表达不成立(非B),则Clausius表述也不成立(非A)
若非B,Kelvin表达不成立,即可用一热机(R)从单一热源(T2)吸热 Q2 并全部变为功 W ( = Q2 ) 而不发生其他变化(如图)。
再将此功作用于制冷机(I),使其从低温热源(T1)吸取 Q1 热量,并向高温热源(T2)放出热量:
Q1 + W = Q1 + Q2
为方便理解,图中热量 Q 已用箭头标明流向,其值为绝对值大小( 下一图同)。
这样,环境无功的得失,高温热源得到 Q1,低温热源失去 Q1,总效果是: