热学 第19章 热力学第二定律 03,Thermo.2(2014.09.09).doc

第19章 热力学第二定律
(The Second Law of Thermodynamics)
·一切热力学过程都应该满足能量守恒。
满足能量守恒的过程都能进行吗?
·热力学第二定律告诉我们，过程的进行还
有个方向性的问题，
满足能量守恒的过程不一定都能进行。
·
·
水
叶片
焦耳实验

§1 自然过程的方向性


功 ® 热 可自动进行
(如摩擦生热、
焦耳实验)
热 ® 功 不可自动进行(焦耳实验中，不
可能水温自动降低推动叶片使重物升高)
“热自动地转换为功的过程不可能发生〞，
“通过摩擦而使功变热的过程是不可逆
的〞，
“其唯一效果(指不引起其它变化)是
一定量的内能(热)
全部转变为
机械能(功)的过程是不可能发生的〞。
·热机：把热转变成了功，
但有其它变化(热量从高温热源传
给了低温热源)。
·理气等温膨胀：把热全部变成了功，
但伴随了其它变化(体积
膨胀)。

热量可以自动地从高温物体传向低温物
体，但相反的过程却不能发生。
“热量不可能自动地
从低温物体传向高温物体〞。
“其唯一效果是热量
从低温物体传向高温物体的过程
是不可能发生的〞。

气体绝热自由膨胀的方向性
初态
末态

·在绝热容器中的隔板
被抽去的瞬间，分子
都聚在左半部 (这是
一种非平衡态，因为
容器内各处压强或密度不尽相同)，此后
分子将自动膨胀充满整个容器，最后达到
平衡态。
(注意：这是一种非准静态过程)
“气体向真空中绝热自由膨胀的过
程是不可逆的〞
“一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的〞
(均涉及热功转换或热传导)


实例：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！
流行歌曲：
“今天的你我怎能重复
昨天的故事!〞
时间箭头

沟通的(不可逆性相互依存)
·相互沟通(相互依存)：
一种过程的方向性存在(或消失)，
那么 另一过程的方向性也存在(或消失)。

Þ
热源T0
假想装置

Q
W
热源T0
T >T0
T
T
(a)
(b)
假设功热转换的方向性消失那么热传导的方向性也消失
Þ 热传导的方向性也消失



Þ功热转换的方向性也消失
Þ
高温热源T1
高温热源T1
低温热源T2
低温热源T2
Q2
Q1
Q2
Q1- Q2
Q2
W
W
假想装置
卡诺热机
(a)
(b)
假设热传导的方向性消失那么功热转换的方向性也消失