1、10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 1 开尔文说法：不可能制造出这样一种开尔文说法：不可能制造出这样一种循环循环工作的热机，它只使工作的热机，它只使单一单一热源冷却来做功，而热源冷却来做功，而不不放放出热量给其他物体，或者说出热量给其他物体，或者说不不使使外外界发生任何变化界发生任何变化.第二定律的提出第二定律的提出1 功热转换的条件第一定律无法说明功热转换的条件第一定律无法说明.2 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明逆性问题第一定律无法说明.热力学第二定律的热力学第二定律的两种表述两种表
2、述 一一 热力学第二定律热力学第二定律10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而单一热源吸热作功，而不不放出热量给其它物体放出热量给其它物体,但它非循环过程但它非循环过程.12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoWETQ W低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 卡诺卡诺循环是循循环是循环过程，环过程，但需两个但需两个热源，且热源，且使外界发使外界发生变化生变化.10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章
3、热力学基础热力学基础 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化物体，但需外界作功且使环境发生变化.2 克劳修斯说法：克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自自动动传到高温物体而传到高温物体而不不引起外界的变化引起外界的变化.高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 2Q1Q10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定
4、律第十章第十章 热力学基础热力学基础 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性法都反映了自然界过程进行的方向性.2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性法具有等效性.注注 意意10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程 可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中在系统状态变化过程中,如果逆过如果逆过程能重复正过程的每
5、一状态程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程这样的过程叫做可逆过程.可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 非非准静态过程为准静态过程为不可逆过程不可逆过程.不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不不可逆过程：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，或者虽能重复能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦准静态过程（无
6、限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程程.可逆过程的条件可逆过程的条件10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导热传导 热功转换热功转换完全完全功功不完全不完全热热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的可逆的.无序无序有序有序自发自发非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发自发二二 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义结论结论：一切
7、自然过程总是沿着一切自然过程总是沿着无序性增大无序性增大的方向进行的方向进行.10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 假设一个容器被隔板分假设一个容器被隔板分成两半，左边一半成两半，左边一半A室装有室装有一些气体，右边一半一些气体，右边一半B室是室是真空。去掉隔板后气体自由真空。去掉隔板后气体自由扩散，最后会达到均匀分布扩散，最后会达到均匀分布的状态。的状态。四个分子在容器中位置分布四个分子在容器中位置分布三三 熵熵 熵增加原理熵增加原理Aabcdabc abd acd bcdabacadbcbdcdabcd0B0dcbacdbdbcadacabbc
8、d acd abd abc abcd 14641P1/164/166/164/161/16 微观态微观态：在在 A、B 两室中分子各种可能的分布状态两室中分子各种可能的分布状态.宏宏观态观态：仅从仅从 A、B 两室的分子数分布确定的状态两室的分子数分布确定的状态.10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础 熵熵：用于描述过程的不可逆性，它与宏观态所包用于描述过程的不可逆性，它与宏观态所包 含含的微观数目的微观数目 相关，称之为相关，称之为热力学概率热力学概率。Q熵具有以下性质熵具有以下性质lnSk玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系式 熵是系统状态的熵是系统状态的
9、单值函数单值函数，熵的变化取决于始、末，熵的变化取决于始、末 状态，与具体过程无关状态，与具体过程无关；是系统混乱度或无序度的量度。系统的熵越大，其是系统混乱度或无序度的量度。系统的熵越大，其 混乱度越大混乱度越大；系统的熵越大说明系统越接近于平衡态系统的熵越大说明系统越接近于平衡态；熵具有可加性，系统的熵等于系统内部各部分熵之熵具有可加性，系统的熵等于系统内部各部分熵之 和和.10 10 4 4 热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学基础热力学基础平衡态平衡态 A平衡态平衡态 B（熵不变）熵不变）可逆可逆过程过程非平衡态非平衡态平衡态（熵增加）平衡态（熵增加）不可逆不可逆过程过程自发过程自发过程 孤立系统孤立系统不可逆不可逆过程过程0S孤立系统孤立系统可逆可逆过程过程0S0S 孤立系统中的孤立系统中的可逆可逆过程，其熵不变；孤立系统过程，其熵不变；孤立系统中的中的不可逆不可逆过程，其熵要增加过程，其熵要增加.熵增加原理：熵增加原理：由于孤立系统自然发生的过程总是向由于孤立系统自然发生的过程总是向 着热力学概率增大的宏观态进行，因此孤立系统内着热力学概率增大的宏观态进行，因此孤立系统内 自然发生的过程总是朝着熵增加的方向进行，直到自然发生的过程总是朝着熵增加的方向进行，直到 熵达到最大为止。熵达到最大为止。
