thermal14 热力学第二定律1.ppt

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1、永永永永动动动动机机机机之之之之梦梦梦梦A As s00某系统能吸收四周（空某系统能吸收四周（空某系统能吸收四周（空某系统能吸收四周（空气、海水）的热量，产生了气、海水）的热量，产生了气、海水）的热量，产生了气、海水）的热量，产生了功，又能回到初态，如此反功，又能回到初态，如此反功，又能回到初态，如此反功，又能回到初态，如此反复进行，永不停止！复进行，永不停止！复进行，永不停止！复进行，永不停止！第第第第二二二二类类类类并非无中生有，通过设计巧妙的机器，寄并非无中生有，通过设计巧妙的机器，寄并非无中生有，通过设计巧妙的机器，寄并非无中生有，通过设计巧妙的机器，寄希望于大自然热库：海水希望于大自

2、然热库：海水希望于大自然热库：海水希望于大自然热库：海水d dt t=0.01=0.01CC，这这个个个个热热量量量量（机器（机器（机器（机器对对外做功）可供全世界的工厂上千年用外做功）可供全世界的工厂上千年用外做功）可供全世界的工厂上千年用外做功）可供全世界的工厂上千年用轮轮船不用船不用船不用船不用烧烧油、煤即可航行于海上；冰箱不用油、煤即可航行于海上；冰箱不用油、煤即可航行于海上；冰箱不用油、煤即可航行于海上；冰箱不用耗耗耗耗电电，反而可用来，反而可用来，反而可用来，反而可用来发电发电提供提供提供提供动动力力力力.假如可能假如可能假如可能假如可能,人类就不存在任何能源危机了。人类就不存在任

3、何能源危机了。人类就不存在任何能源危机了。人类就不存在任何能源危机了。但事与愿违，第二类永动机重蹈覆辙，但事与愿违，第二类永动机重蹈覆辙，但事与愿违，第二类永动机重蹈覆辙，但事与愿违，第二类永动机重蹈覆辙，永动机之梦再次破灭！永动机之梦再次破灭！永动机之梦再次破灭！永动机之梦再次破灭！永永永永动动动动机机机机之之之之梦梦梦梦第第第第二二二二类类类类第第一一类类永永动动机机一个不可能性，使人类认识到：一个不可能性，使人类认识到：一个不可能性，使人类认识到：一个不可能性，使人类认识到：能量不可能无中生有能量不可能无中生有第第第第二二二二类类类类永永永永动动动动机机机机梦梦梦梦醒醒醒醒又一个不可能性

4、，使人类认识到：又一个不可能性，使人类认识到：又一个不可能性，使人类认识到：又一个不可能性，使人类认识到：违反热力学第一定律的现象是绝违反热力学第一定律的现象是绝违反热力学第一定律的现象是绝违反热力学第一定律的现象是绝对不可能发生的；对不可能发生的；对不可能发生的；对不可能发生的；不违背热力学第一定律的现象也不违背热力学第一定律的现象也不违背热力学第一定律的现象也不违背热力学第一定律的现象也不一定就能发生！不一定就能发生！不一定就能发生！不一定就能发生！第第第第二二二二类类类类永永永永动动动动机机机机梦梦梦梦醒醒醒醒能量守恒定律之外还应有另一条能量守恒定律之外还应有另一条能量守恒定律之外还应有

5、另一条能量守恒定律之外还应有另一条独立的定律独立的定律独立的定律独立的定律引发能源和能源危机的引发能源和能源危机的引发能源和能源危机的引发能源和能源危机的热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律第六章第六章热力学第二定律热力学第二定律关于内能和其它形式能量相互转化的规律关于内能和其它形式能量相互转化的规律关于内能和其它形式能量相互转化的规律关于内能和其它形式能量相互转化的规律!独立于第一律的又一条热学基本规律！独立于第一律的又一条热学基本规律！独立于第一律的又一条热学基本规律！独立于第一律的又一条热学基本规律！6.1热力学第二定律热力学第二定律6.2热现象过程的不可逆性热现象过

6、程的不可逆性6.3热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义6.4卡诺定理卡诺定理6.5热力学热力学温标温标6.6应用卡诺定理的例子应用卡诺定理的例子6.7熵熵6.8熵增加原理熵增加原理6.9熵与热力学几率熵与热力学几率TheSecondofThermodynamics6.1热力学第二定律热力学第二定律一一、问题的提出、问题的提出 二二、热二律两种典型定性表述、热二律两种典型定性表述一一、问题的提出、问题的提出 不违背热力学第一定律的过程也未必能够实现不违背热力学第一定律的过程也未必能够实现不违背热力学第一定律的过程也未必能够实现不违背热力学第一定律的过程也未必能够实现.自由落体运动：自

7、由落体运动：自由落体运动：自由落体运动：E Ep p=100J=100JE Es s=40J=40JE Eh h=60J=60J物体获得同样大小的能量能否自动升回原高度？物体获得同样大小的能量能否自动升回原高度？物体获得同样大小的能量能否自动升回原高度？物体获得同样大小的能量能否自动升回原高度？摩擦生热？钻制大炮过程：机械能摩擦生热？钻制大炮过程：机械能摩擦生热？钻制大炮过程：机械能摩擦生热？钻制大炮过程：机械能=热能热能热能热能 满足热力学第一定律的过程未必一定会发生。满足热力学第一定律的过程未必一定会发生。热力学过程必须满足热力学第一定律。热力学过程必须满足热力学第一定律。例：例：循环循环

8、A=QQT1T1T2Q(a)(b)自然过程的方向性自然过程的方向性 例例1功热转换的方向性功热转换的方向性 功功 热热 可以自动地进行可以自动地进行 (如摩擦生热、焦耳实验如摩擦生热、焦耳实验)例例2热传导的方向性热传导的方向性 热量可以自动地从高温物体传向低温物体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自动发生但相反的过程却不能自动发生.热热 功功 不可以自动地进行不可以自动地进行 （焦耳实验的逆过程）（焦耳实验的逆过程）例例3.气体自由膨胀的方向性气体自由膨胀的方向性 气体自动膨胀是可以进行的气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩但自动收缩 的过程是不可能的的过程是不可能的.

9、实际上实际上,“一切与热现象有关的自然过程（不受外界一切与热现象有关的自然过程（不受外界干预的过程，例如孤立系统内部的过程）都是不可干预的过程，例如孤立系统内部的过程）都是不可逆的，都存在一定的方向性逆的，都存在一定的方向性-存在着时间箭头存在着时间箭头”.又如，生命过程是不可逆的又如，生命过程是不可逆的:出生出生童年童年少年少年青年青年中年中年 老年老年.不可逆不可逆!“今天的你我今天的你我 怎能重复怎能重复 昨天的故事昨天的故事!”二二、热二律两种典型定性表述、热二律两种典型定性表述1.1.开尔文表述开尔文表述开尔文表述开尔文表述功能够自发地、无条件地全部转化为热；功能够自发地、无条件地全

10、部转化为热；热转化为功是有条件的，且其转化效率有所限制热转化为功是有条件的，且其转化效率有所限制,功转化为热功转化为热功转化为热功转化为热这一过程这一过程是不可逆的是不可逆的是不可逆的是不可逆的。1851年开尔文把这一普遍规律总结为：年开尔文把这一普遍规律总结为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。“单一热源单一热源单一热源单一热源”指温度处处相同恒定不变的热源。指温度处处相同恒定不变

11、的热源。“其他影响其他影响其他影响其他影响”指除了指除了“由单一热源吸收热量全部转化由单一热源吸收热量全部转化为功为功”以外的任何其他变化。以外的任何其他变化。开尔文表述指出，开尔文表述指出，开尔文表述指出，开尔文表述指出，系统把吸的热全部对外作功的同时系统把吸的热全部对外作功的同时系统把吸的热全部对外作功的同时系统把吸的热全部对外作功的同时必然会产生热转化为功以外的其他影响必然会产生热转化为功以外的其他影响必然会产生热转化为功以外的其他影响必然会产生热转化为功以外的其他影响。不可能从不可能从不可能从不可能从单一热源单一热源单一热源单一热源吸收热量，使之完全变为吸收热量，使之完全变为吸收热量，

12、使之完全变为吸收热量，使之完全变为有用功而不产生有用功而不产生有用功而不产生有用功而不产生其他影响其他影响其他影响其他影响。例如，可逆等温膨胀例如，可逆等温膨胀 但气缸中的气体在初态时体积较小，末态时体积较但气缸中的气体在初态时体积较小，末态时体积较大，这是外界大，这是外界(气缸和活塞气缸和活塞)对气体分子活动范围约束对气体分子活动范围约束的不同，也就是对系统产生的影响。的不同，也就是对系统产生的影响。并且是并且是“从单一热源吸热全部转化为功从单一热源吸热全部转化为功”以外的其以外的其它影响。它影响。开尔文开尔文Kelvin，WilliamThomson，Lord（18241907）英国物理学

13、家英国物理学家 。原名。原名W.W.汤姆孙汤姆孙18241824年年6 6月月2626日日生于爱尔兰贝尔法斯特，生于爱尔兰贝尔法斯特，19071907年年1212月月1717日卒于苏日卒于苏格兰内瑟霍尔。格兰内瑟霍尔。由于装设大西洋海底电缆有功由于装设大西洋海底电缆有功 ，英国政府，英国政府 1866 1866 年封他为爵士年封他为爵士 ，18921892年又封他年又封他为开尔文男爵，为开尔文男爵，以后他改名为开尔文。以后他改名为开尔文。18461846年任年任格拉斯哥大学自然哲学（即物理学）教授，直至格拉斯哥大学自然哲学（即物理学）教授，直至18991899年退休。年退休。19041904年

14、任格拉斯哥大学校长年任格拉斯哥大学校长电磁学。开尔文在静电和静磁学理论、交流电电磁学。开尔文在静电和静磁学理论、交流电特别是莱顿瓶的放电振荡性、静电绝对测量和电特别是莱顿瓶的放电振荡性、静电绝对测量和电磁测量，大气电学等方面磁测量，大气电学等方面 ，都作出了重要贡献。，都作出了重要贡献。电像法电像法是开尔文发明的解决静电学问题的有效方是开尔文发明的解决静电学问题的有效方法法 。热力学热力学 。开尔文在。开尔文在18481848年提出年提出 、18541854年年修改的修改的绝对热力学温标绝对热力学温标，是现代科学上的标准温，是现代科学上的标准温标。开尔文是标。开尔文是热力学第二定律热力学第二定

15、律的两个重要奠基人的两个重要奠基人之一。他提出的第二定律说法称为热力学第二定之一。他提出的第二定律说法称为热力学第二定律的开尔文表述。开尔文还从理论上预言一种新律的开尔文表述。开尔文还从理论上预言一种新的的温差电效应温差电效应，后称汤姆孙效应；和，后称汤姆孙效应；和J.P.焦耳合焦耳合作的作的多孔塞实验多孔塞实验，从理论上揭示了实际气体与理，从理论上揭示了实际气体与理想气体的差别想气体的差别 ，实用上为制造液态空气的重要，实用上为制造液态空气的重要方法方法 （见焦耳见焦耳-汤姆孙效应）。汤姆孙效应）。.。电电工仪器工仪器.。波动和涡流、以太学说波动和涡流、以太学说.开尔文在物理学的各个方面都有

16、建树，而开尔文在物理学的各个方面都有建树，而且多被应用于实际。且多被应用于实际。2.热力学第二定律的克劳修斯表述热力学第二定律的克劳修斯表述自然界还存在自然界还存在热量传递的不可逆性热量传递的不可逆性热量传递的不可逆性热量传递的不可逆性。虽然我们可借助制冷机实现热量从低温热源流向高虽然我们可借助制冷机实现热量从低温热源流向高温热源，但这需要外界对制冷机作功温热源，但这需要外界对制冷机作功(这部分功最后还这部分功最后还是转变为热量向高温热源释放了是转变为热量向高温热源释放了)。在制冷机运行过程中，除了热量从低温热源流向高温在制冷机运行过程中，除了热量从低温热源流向高温热源之外，还产生了功自发地转

17、化为热这一种热源之外，还产生了功自发地转化为热这一种“其他影其他影响响”。克劳修斯于克劳修斯于18501850年将这一规律总结为年将这一规律总结为:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响不产生其他影响不产生其他影响不产生其他影响。也可表述为也可表述为“热量不能自发地从低温物体传到高温物体热量不能自发地从低温物体传到高温物体”。克劳修斯克劳修斯（18221888ClausiusRudolph)克劳修斯在克劳修斯在18221822年出生于普鲁士的克斯林。年出生于普鲁士的克斯林。他

18、的母亲是一位女教师，家中有多个兄弟姐妹。他的母亲是一位女教师，家中有多个兄弟姐妹。他中学毕业后，先考入了哈雷大学，后转入柏他中学毕业后，先考入了哈雷大学，后转入柏林大学学习。林大学学习。18501850年，克劳修斯被聘为柏林大年，克劳修斯被聘为柏林大学副教授并兼任柏林帝国炮兵工程学校的讲师。学副教授并兼任柏林帝国炮兵工程学校的讲师。同年，他对热机过程，特别是卡诺循环进行了同年，他对热机过程，特别是卡诺循环进行了精心的研究。克劳修斯从卡诺的热动力理论出精心的研究。克劳修斯从卡诺的热动力理论出发，以机械热力理论为依据，逐渐发现了热力发，以机械热力理论为依据，逐渐发现了热力学基本现象，得出了热力学第

19、二定律的克劳修学基本现象，得出了热力学第二定律的克劳修斯陈述。斯陈述。德国物理学家，德国物理学家，分子运动理论的创始人之一分子运动理论的创始人之一 18501850年在年在论热的运动力以及由此推出的关于热学本身论热的运动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律的诸定律 一文中首次提出了热力学第二定律的克劳修斯陈一文中首次提出了热力学第二定律的克劳修斯陈述，是热力学的重要理论基础。同时述，是热力学的重要理论基础。同时提出统计概念，并利用提出统计概念，并利用统计概念推导出了气体压强和统计概念推导出了气体压强和克劳修斯方程克劳修斯方程,提出了比范德瓦提出了比范德瓦尔斯方程尔斯方程更具普遍性的气体物态方程

20、。更具普遍性的气体物态方程。18541854年，年，以善于构思物理概念而著称的克劳修斯最先提以善于构思物理概念而著称的克劳修斯最先提出了熵的概念，出了熵的概念，进一步发展了热力学理论，因而使热力学第进一步发展了热力学理论，因而使热力学第二定律公式化，使它的应用更为广泛了。二定律公式化，使它的应用更为广泛了。克劳修斯在科学研究方面的主要贡献是建立热力学基础；克劳修斯在科学研究方面的主要贡献是建立热力学基础；同时，他在分子运动论以及电解质和固体电介质理论方面也同时，他在分子运动论以及电解质和固体电介质理论方面也都做出了重大的贡献。鉴于他在物理学各领域中所做出的贡都做出了重大的贡献。鉴于他在物理学各

21、领域中所做出的贡献和取得的成就，献和取得的成就，18651865年，他被选为法国科学院院士年，他被选为法国科学院院士克劳修斯先后在柏林大学、苏黎世大学、维尔茨堡大学克劳修斯先后在柏林大学、苏黎世大学、维尔茨堡大学和波恩大学执教长达三十余年，桃李芬芳。他培养的很多学和波恩大学执教长达三十余年，桃李芬芳。他培养的很多学生后来都已成为了知名的学者，有的甚至是举世闻名的物理生后来都已成为了知名的学者，有的甚至是举世闻名的物理学家。学家。在克劳修斯的晚年，他不恰当地把热力学第在克劳修斯的晚年，他不恰当地把热力学第二定律引用到整个宇宙，认为整个宇宙的温度必二定律引用到整个宇宙，认为整个宇宙的温度必将达到均

22、衡而不再有热量的传递，从而成为所谓将达到均衡而不再有热量的传递，从而成为所谓的热寂状态，这就是克劳修斯首先提出来的的热寂状态，这就是克劳修斯首先提出来的“热热寂说寂说”。热寂说否定了物质不灭性在质上的意义，。热寂说否定了物质不灭性在质上的意义，而且把热力学第二定律的应用范围无限的扩大了。而且把热力学第二定律的应用范围无限的扩大了。理想气体等温膨胀理想气体等温膨胀过程是把热全部变成了过程是把热全部变成了功功,但伴随了其它变化但伴随了其它变化(体积膨胀体积膨胀).).2.克劳修斯克劳修斯(Clausius)表述表述:热量不能自发地从低温物体传向高温物体热量不能自发地从低温物体传向高温物体.或说或说

23、“其其唯一效果唯一效果是热量从低温物体是热量从低温物体传向高温物体的过程是不可能发生的传向高温物体的过程是不可能发生的”.1开尔文开尔文(Kelvin)表述表述:其其唯一效果唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能是热全部转变为功的过程是不可能的的.热机热机把热转变成了功把热转变成了功,但有了其它变化但有了其它变化 (热量从高温热源传给了低温热源热量从高温热源传给了低温热源).).热机必须循环动作，这就至少要热机必须循环动作，这就至少要 有两个温度不同的热源。有两个温度不同的热源。开尔文表述的另一说法是开尔文表述的另一说法是:第二类永动机第二类永动机第二类永动机第二类永动机是不可能制成的是不可能

24、制成的.(又称单热源热机又称单热源热机,其效率其效率 =1,),)但此绝热压缩是不能实现的但此绝热压缩是不能实现的,因为它不满足绝热方程：因为它不满足绝热方程：（绝热线和等温线只有一个交点）（绝热线和等温线只有一个交点）若是从单一热源（若是从单一热源（T1）吸热的循环，吸热的循环，必由一等温膨胀过程和一绝热压缩过程构成，必由一等温膨胀过程和一绝热压缩过程构成，PVT112Q1等温吸热等温吸热绝热压缩绝热压缩?热机必须循环动作，热机必须循环动作，就至少要有两个温度不同的热源。就至少要有两个温度不同的热源。2.证明：任何系统两条绝热线不能相交。证明：任何系统两条绝热线不能相交。证明证明题：题：题：

25、题：1.证明：任何系统绝热线与等温线不能交于两点。证明：任何系统绝热线与等温线不能交于两点。证明证明题：题：题：题：1.证明：任何系统绝热线与等温线不能交于两点。证明：任何系统绝热线与等温线不能交于两点。证明证明证明证明(1 1)：假设绝热线假设绝热线假设绝热线假设绝热线B B和等温线和等温线和等温线和等温线A A交于交于交于交于a,ba,b两点。两点。两点。两点。对对对对A A有：有：有：有：对对对对B B有：有：有：有：有：有：有：有：V Va a-1-1=V Vb b-1-1有：有：有：有：V Va a=V Vb bp pa a=p pb b说明假设错误，说明假设错误，说明假设错误，说明

26、假设错误，a,ba,b为同一点。为同一点。为同一点。为同一点。T Ta a=T=Tb b对对对对A A有：有：有：有：p pa aV Va a=p pb bV Vb b对对对对B B有：有：有：有：T Ta aV Va a-1-1=T Tb bV Vb b-1-1证明证明证明证明(2 2)：假设绝热线假设绝热线假设绝热线假设绝热线B B和等温线和等温线和等温线和等温线A A交于交于交于交于a,ba,b两点。两点。两点。两点。a ab b对对对对A A有：有：有：有：U=U=U Ub b-U-Ua a=Q+A=Q+A=0 0对对对对B B有：有：有：有：U=U=U Ub b-U-Ua a =Q+

27、A=Q+AFor Q=For Q=0,0,ButA0ButA0SoSo U U0ba-b等等等等 温膨胀吸收热量温膨胀吸收热量温膨胀吸收热量温膨胀吸收热量Q Q即：整个循环只从单一热源吸收热量即：整个循环只从单一热源吸收热量即：整个循环只从单一热源吸收热量即：整个循环只从单一热源吸收热量,且通过绝热过程消除了热变为功之外的其它影响，且通过绝热过程消除了热变为功之外的其它影响，且通过绝热过程消除了热变为功之外的其它影响，且通过绝热过程消除了热变为功之外的其它影响，违背违背违背违背TSLTSL!U=U=U Ua a-U-Ua a=Q-A=Q-As s=0 0a ab bBA Ab.b.绝热线绝热线

28、绝热线绝热线B B在等温线在等温线在等温线在等温线A A 的上方的情况的上方的情况的上方的情况的上方的情况等温等温等温等温设闭合区域构成一个正设闭合区域构成一个正设闭合区域构成一个正设闭合区域构成一个正循环，但此时不是热机循环，但此时不是热机循环，但此时不是热机循环，但此时不是热机（等温压缩放热）（等温压缩放热）（等温压缩放热）（等温压缩放热）Q0Q0 U=U=U Ua a-U-Ua a=Q-A=Q-As s0 Q0 0,TFL:U=UU=U1 1-U-U1 1=Q-A=Q-As s=0 0 与热二律矛盾，假设错误。与热二律矛盾，假设错误。1 1D D3 32 2C C123与热一律矛盾，假设

29、错误。与热一律矛盾，假设错误。等温压缩过程放热等温压缩过程放热QQ0 0,U=U=U Ua a-U-Ua a=Q-A=Q-As s0 0 0 0 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。有用功而不产生其他影响。不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响不产生其他影响不产生其他影响不产生其他影响。开氏

30、表述开氏表述开氏表述开氏表述.克氏表述克氏表述克氏表述克氏表述.克劳修斯叙述与开尔文叙述两种说法克劳修斯叙述与开尔文叙述两种说法 是完全等效的（根据是完全等效的（根据方向性的沟通方向性的沟通）.第六章第六章热力学第二定律热力学第二定律6.1热力学第二定律热力学第二定律6.2热现象过程的不可逆性热现象过程的不可逆性6.3热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义6.4卡诺定理卡诺定理6.5热力学温标热力学温标6.6应用卡诺定理的例子应用卡诺定理的例子*6.7熵熵*6.8熵增加原理熵增加原理*6.9熵和热力学几率熵和热力学几率TheSecondofThermodynamics6.2热现象过程

31、的不可逆性热现象过程的不可逆性一一、两种表述的等价性、两种表述的等价性 二二、可逆与不可逆过程、可逆与不可逆过程三、热二律的实质三、热二律的实质一、两种表述的等效性一、两种表述的等效性用用反证法反证法来证明这两种表述的等价性。来证明这两种表述的等价性。否定式的命题否定式的命题 只要违反其中的任一表述，必然会违反另一种只要违反其中的任一表述，必然会违反另一种只要违反其中的任一表述，必然会违反另一种只要违反其中的任一表述，必然会违反另一种表述表述表述表述!反证法证明反证法证明反证法证明反证法证明两种表述的等效性两种表述的等效性两种表述的等效性两种表述的等效性:若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏

32、表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真。若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真。必须必须必须必须同时应用正反两方面的否定同时应用正反两方面的否定同时应用正反两方面的否定同时应用正反两方面的否定,才能才能才能才能证明等价性。证明等价性。证明等价性。证明等价性。反证反证反证反证I I：若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真.甲为违反开氏表述之热机。甲为违反开氏表述之热机

33、。它从它从T1 吸热吸热Q,全部转化为功全部转化为功A,Q=A。现在把现在把A 输给制冷机输给制冷机乙乙。制冷机制冷机乙乙从从T2 吸热吸热Q2,向向T1放热放热Q+Q2，.两台机器联合运转两台机器联合运转两台机器联合运转两台机器联合运转,其净效果是：从其净效果是：从其净效果是：从其净效果是：从 T T2 2 吸热吸热吸热吸热 Q Q2 2 把它传递到高温热源把它传递到高温热源把它传递到高温热源把它传递到高温热源 T T1 1。这样违反克氏表述。这样违反克氏表述。这样违反克氏表述。这样违反克氏表述。QQ=AQ1=A+Q2=Q+Q2Q2T1高温热源高温热源T2低温热源低温热源Q2Q2甲甲乙乙 反

34、证反证反证反证：克氏表述不真，则开氏表述不真：克氏表述不真，则开氏表述不真：克氏表述不真，则开氏表述不真：克氏表述不真，则开氏表述不真。甲甲为违反克氏表述之制冷机为违反克氏表述之制冷机.它从它从T2 吸热吸热Q，向向T1 热源热源放热放热Q。乙乙 热机从热机从T1热源吸热热源吸热Q，向向T2 热源放热热源放热Q2。对外作功对外作功 两台机器联合运转，两台机器联合运转，两台机器联合运转，两台机器联合运转，其净效果是：其净效果是：其净效果是：其净效果是：从从从从T T2 2 热源吸热热源吸热热源吸热热源吸热 把它全部转变为功。把它全部转变为功。把它全部转变为功。把它全部转变为功。这样违反开氏表述。

35、这样违反开氏表述。这样违反开氏表述。这样违反开氏表述。甲甲甲甲乙乙乙乙反证法证明反证法证明反证法证明反证法证明两种表述的等效性两种表述的等效性两种表述的等效性两种表述的等效性:若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真若开氏表述不真，则克氏表述也不真。若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真若克氏表述不真，则开氏表述也不真。可把它们同时称为热力学第二定律。可把它们同时称为热力学第二定律。可把它们同时称为热力学第二定律。可把它们同时称为热力学第二定律。热力学第二定律还可有其它很多种表述热

36、力学第二定律还可有其它很多种表述 不可能使自由膨胀后的气体复原而不引起其他变化。不可能使自由膨胀后的气体复原而不引起其他变化。不可能使自由膨胀后的气体复原而不引起其他变化。不可能使自由膨胀后的气体复原而不引起其他变化。它们都是从某一种不可逆过程出发来说明内在的不可逆性！它们都是从某一种不可逆过程出发来说明内在的不可逆性！所有这些表述之所以等价其原因是所有这些表述之所以等价其原因是所有这些表述之所以等价其原因是所有这些表述之所以等价其原因是 自然界中所有的自然界中所有的自然界中所有的自然界中所有的不可逆过程不可逆过程不可逆过程不可逆过程其本质是相同的。其本质是相同的。其本质是相同的。其本质是相同

37、的。热力学第二定律的实质是：热力学第二定律的实质是：热力学第二定律的实质是：热力学第二定律的实质是：一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。热力学第一定律不管实际过程能否发生，和若能发热力学第一定律不管实际过程能否发生，和若能发热力学第一定律不管实际过程能否发生，和若能发热力学第一定律不管实际过程能否发生，和若能发生，进行到什么程度，它只解决能量恒算的问题。生，进行到什么程度，它只解决能量恒算的问题。生，进行到什么程度，它只解决能量恒算的问题。生，进行到什么程度，它只解决能量

38、恒算的问题。这迫使我们去想：能否在热力学第一定律的能量恒这迫使我们去想：能否在热力学第一定律的能量恒这迫使我们去想：能否在热力学第一定律的能量恒这迫使我们去想：能否在热力学第一定律的能量恒算之前，找到一个判断这个过程能否进行和进行到算之前，找到一个判断这个过程能否进行和进行到算之前，找到一个判断这个过程能否进行和进行到算之前，找到一个判断这个过程能否进行和进行到什么程度的判据呢？什么程度的判据呢？什么程度的判据呢？什么程度的判据呢？热力学第二定律的任务热力学第二定律的任务热力学第二定律的任务热力学第二定律的任务:找到解决过程的进行方向和限度的判据。找到解决过程的进行方向和限度的判据。找到解决过

39、程的进行方向和限度的判据。找到解决过程的进行方向和限度的判据。As=Q-U6.2热现象过程的不可逆性热现象过程的不可逆性一一、两种表述的等价性、两种表述的等价性 二二、可逆与不可逆过程、可逆与不可逆过程三、热二律的实质三、热二律的实质（1）生命系统中时间之矢不能逆转。生命系统中时间之矢不能逆转。?君君不不见见黄黄河河之之水水天天上上来来奔奔流流到到海海不不复复回回君君不不见见高高堂堂明明镜镜悲悲白白发发朝朝如如青青丝丝暮暮成成雪雪不可逆过程（1）生命系统中时间之矢不能逆转。生命系统中时间之矢不能逆转。（2）无生命系统中时间之矢如何？）无生命系统中时间之矢如何？不和热相联系的问题不和热相联系的问

40、题拍成录像后倒了放拍成录像后倒了放,说明时间坐标说明时间坐标t 变化为变化为-t.能够被相信能够被相信能够被相信能够被相信,说明不和热相联系的力学问题对于说明不和热相联系的力学问题对于说明不和热相联系的力学问题对于说明不和热相联系的力学问题对于时间坐标是对称的时间坐标是对称的时间坐标是对称的时间坐标是对称的,时间之矢能逆转时间之矢能逆转时间之矢能逆转时间之矢能逆转.问题只要和热相联系问题只要和热相联系问题只要和热相联系问题只要和热相联系,出现其它形式的能向热能出现其它形式的能向热能出现其它形式的能向热能出现其它形式的能向热能的转变的转变的转变的转变,拍成录像后倒放拍成录像后倒放拍成录像后倒放拍

41、成录像后倒放.热学现象录象的倒放热学现象录象的倒放:图表示由火焰烧水壶中的冰图表示由火焰烧水壶中的冰 ，使冰逐步融化为水，又，使冰逐步融化为水，又使水全部烧干的过程。使水全部烧干的过程。将它拍成录像带。假如把录像倒过来放。将它拍成录像带。假如把录像倒过来放。一些人一定会大惑不解。一些人一定会大惑不解。因为热量传递具有单向性。反方因为热量传递具有单向性。反方向的热量传递不可能。向的热量传递不可能。所以热量所以热量传递是不可逆过程。传递是不可逆过程。和热相联系和热相联系和热相联系和热相联系时间之矢不能逆转。时间之矢不能逆转。时间之矢不能逆转。时间之矢不能逆转。二、可逆与不可逆过程二、可逆与不可逆过

42、程二、可逆与不可逆过程二、可逆与不可逆过程1 1、定义、定义、定义、定义4 4、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性5 5、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性3 3、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点2 2、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点1、可逆和不可逆的严格定义可逆和不可逆的严格定义:系统从初态出发经历某一过程变到末态。若可以系统从初态出发经历某一过程变到末态。若可以找到一个能

43、使系统找到一个能使系统与与与与外界都复原的外界都复原的过程过程则原过程则原过程是可逆的。是可逆的。所谓复原是指所谓复原是指:系统回到初态，对系统回到初态，对外界也不产生任何影响。外界也不产生任何影响。若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过程，则原过程是不可逆的。程，则原过程是不可逆的。Reversibleprogress定义定义 可逆过程是这样一种过程可逆过程是这样一种过程,它的每一步都可以它的每一步都可以沿相反的方向进行沿相反的方向进行,而当系统沿相反的方向回到原而当系统沿相反的方向回到原初态时初态时,外界也恢复到原状态外界也恢复到原状态.(即系

44、统和外界都即系统和外界都恢复了原状恢复了原状)如不可能使系统和外界如不可能使系统和外界都完全都完全复原复原,则此过则此过程叫做不可逆过程程叫做不可逆过程.一切自然过程一切自然过程(实际宏观过程实际宏观过程)都是不可逆过程都是不可逆过程.这是因为自然过程：这是因为自然过程：(1)有摩擦损耗有摩擦损耗 (2)是非静态过程是非静态过程 二、可逆与不可逆过程二、可逆与不可逆过程1 1、定义、定义、定义、定义4 4、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性5 5、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不

45、可逆性3 3、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点2 2、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点2.可逆过程的特征可逆过程的特征 摩擦是功变热的过程，它肯定是不可逆的；摩擦是功变热的过程，它肯定是不可逆的；非静态过程也是不可逆的：非静态过程也是不可逆的：无摩擦无摩擦 +准静态准静态 可逆过程可逆过程是比是比准静态过程准静态过程更加理想化的过程更加理想化的过程。例如例如,理论上效率最高的卡诺循环理论上效率最高的卡诺循环 “无摩擦无摩擦+准静态准静态”可逆循环。可逆循环。全部由可逆过程构成的循环称为可逆循环全

46、部由可逆过程构成的循环称为可逆循环.可逆过程必须满足的四个条件可逆过程必须满足的四个条件:（1）力学平衡条件力学平衡条件(可理解为在没有外场情况下，可理解为在没有外场情况下，气体压强处处相等气体压强处处相等)；（2)热学平衡条件热学平衡条件(温度处处相等温度处处相等)；（3)化学平衡条件化学平衡条件(同一组元在各处的浓度处处同一组元在各处的浓度处处 相等相等)。（4）无耗散条件。）无耗散条件。2.可逆过程的特征可逆过程的特征 什么是什么是耗散过程耗散过程:把机械功、电磁功把机械功、电磁功自发转化为热量自发转化为热量的过程统称。的过程统称。摩擦过程摩擦过程液体或气体流动时克服黏性力作的功转化为热

47、量；液体或气体流动时克服黏性力作的功转化为热量；电流克服电阻作的功转化为热量；电流克服电阻作的功转化为热量；由于硅钢片的磁滞使电磁功转化为热量；由于硅钢片的磁滞使电磁功转化为热量；电介质电容器工作时发热等。电介质电容器工作时发热等。二、可逆与不可逆过程二、可逆与不可逆过程1 1、定义、定义、定义、定义4 4、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性5 5、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性3 3、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点

48、2 2、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点、可逆过程的基本特点(1)(1)耗散不可逆因素；耗散不可逆因素；耗散不可逆因素；耗散不可逆因素；(2)(2)力学不可逆因素；力学不可逆因素；力学不可逆因素；力学不可逆因素；(例如对于一般的系统，若系统内部各部分之间例如对于一般的系统，若系统内部各部分之间的压强差不是无穷小）；的压强差不是无穷小）；(3)(3)热学不可逆因素；热学不可逆因素；热学不可逆因素；热学不可逆因素；(系统内部各部分之间的温度差不是无穷小系统内部各部分之间的温度差不是无穷小)；(4)(4)化学不可逆因素；化学不可逆因素；化学不可逆因素；化学不可逆因素；(对任

49、一化学组成，系统内部各部分之间分子数对任一化学组成，系统内部各部分之间分子数密度密度ni 的差异不是无穷小的差异不是无穷小)。3 3、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点思考题思考题8 8：1.恒温下加热使水蒸发。恒温下加热使水蒸发。恒温下加热使水蒸发。恒温下加热使水蒸发。2.由外界做功设法使水在恒温下蒸发。由外界做功设法使水在恒温下蒸发。3.通过无摩擦活塞缓慢地压缩容器中的空气。通过无摩擦活塞缓慢地压缩容器中的空气。4.等体加热容器内的空气，温度由等体加热容器内的空气，温度由T1到到T2。5.绝热容器内，不同温度的两种液体混合。绝热容器内，不

50、同温度的两种液体混合。6.高速行驶的汽车突然刹车。高速行驶的汽车突然刹车。7.肥皂泡突然破裂。肥皂泡突然破裂。8.食盐在水中溶解。食盐在水中溶解。9.岩石风化。岩石风化。10.光合作用。光合作用。11.木柴燃烧。木柴燃烧。二、可逆与不可逆过程二、可逆与不可逆过程1 1、定义、定义、定义、定义4 4、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性、气体自由膨胀过程的不可逆性5 5、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性、扩散过程的不可逆性3 3、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点、不可逆过程的基本特点2 2、可