物理与文化物理与文化物理与文化 (23).pdf

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1、第四讲：冷热现象热学相关概念1目录热的本质0101熵的本质0303热力学第一定律和第二定律020223 4.4 热力学第一、第二定律（下）热量可以自发地从高温物体传到低温热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能物体，但不能自发地自发地从低温物体传到从低温物体传到高温高温物体而不引起其他变化。物体而不引起其他变化。不可能从单一热源吸收热量，使之全不可能从单一热源吸收热量，使之全部转化为有用功部转化为有用功而而不产生其他影响不产生其他影响。克劳修斯克劳修斯 表述（表述（1850年）：年）：开尔文开尔文 表述（表述（1851年）：年）：克劳修斯（克劳修斯（R.Clausius,1822-1888

2、）开尔文（开尔文（Lord Kelvin,1824-1907）4热力学第二定律热力学第二定律可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态；如果一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态；如果存在另一过程，它能使该系统回到原来的状态，同时消除系统存在另一过程，它能使该系统回到原来的状态，同时消除系统对外界引起的一切影响，则原来的过程称为对外界引起的一切影响，则原来的过程称为可逆过程可逆过程。反之反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程为的过程为不可逆过程不可逆过程。气体气体的扩

3、散是不的扩散是不可逆的可逆的.5理想化的、没有摩擦等能量耗散的准静态过程是可逆过程。理想化的、没有摩擦等能量耗散的准静态过程是可逆过程。还有，还有，一切实际过程都是不可逆的。一切实际过程都是不可逆的。自然界自发进行的过程都是不可逆的。自然界自发进行的过程都是不可逆的。人的生命过程是不可逆的人的生命过程是不可逆的因此，功热转换过程是因此，功热转换过程是不可逆不可逆的的功转化为热功转化为热是能自发的、无条件地进行是能自发的、无条件地进行但但热转化为功热转化为功是有限度的、有条件的是有限度的、有条件的67一切不可逆过程的共同规律：在一切与热有联系的现象中，自发实现的过程都是不可逆的。与不可逆性相关联

4、的态函数熵(entropy)定义一个热力学量：熵 S自发过程的方向一定是熵增加的方向可逆过程：S终态S初态不可逆过程：S终态 S初态8反映的是系统的混乱程度“熵增加原理”是第二定律的又一种表达方式，它的数学表达式为克劳修斯的熵增加原理表明，孤立系统的混乱度只能增加不能减少。9热力学第一定律确立了“能量”的存在热力学第一定律确立了“能量”的存在第二定律则确立了“熵”的存在第二定律则确立了“熵”的存在熵是一个比较难以捉摸的东西，粗略地说，它是混乱度熵是一个比较难以捉摸的东西，粗略地说，它是混乱度的量度我们要强调，熵与能量不同，它不守恒，只会的量度我们要强调，熵与能量不同，它不守恒，只会增加不会减少

5、增加不会减少1011热力学第二定律与熵的引入不仅为热机的发展做出了重要贡献，也开创了一项新的技术：制冷技术。热机：吸热对外做功制冷技术：利用做功来抽取热量mKKnKpK3106109101210德国的物理化学家能斯特（W.Nernst）于1906年和1912年分别提出两种表述。“凝聚系统的熵在等温过程中的改变，随着绝对零度的趋近而趋于零。”“绝对零度不可能达到，不可能通过有限次的操作使一个物体的温度降到绝对零度。”1920年，获得诺贝尔化学奖。热力学第三定律：12能斯能斯特特能斯特开尔文开尔文对第二定律和第三定律的发现均有贡献对第二定律和第三定律的发现均有贡献开尔开尔文文2424岁提出绝对温标时，就已预见到热力学第三定律的存岁提出绝对温标时，就已预见到热力学第三定律的存在，预见到绝对零度不可达到，比能斯特正式提出这一定在，预见到绝对零度不可达到，比能斯特正式提出这一定律要律要早六十多年早六十多年13开尔文14热力学体系第零定律第一定律第二定律第三定律温度的意义能量守恒与转化自发过程的方向性绝对零度的意义