上海交通大学 大学物理ppt 热力学第二定律

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1、1第九章热力学第二定律§9.1热力学第二定律SKIP1§9.2可逆过程和不可逆过程§9.3热力学系统的熵§9.4熵增加原理§9.5热力学第二定律的统计意义SKIP22§9.1热力学第二定律ò只满足（广义）能量守恒的过程一定能实现吗？一、自发热力学过程的方向性Æ功热转换冰雹下落化为水m功热转换过程具有方向性。自然发生的功变热的过程是不可逆的。3Æ热传导热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的；或：热量不能自动地由低温物体传向高温物体。Æ气体的绝热自由膨胀气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。4Æ非平衡态到平衡态的过程是不可逆的有序→无序是不可逆的!Æ生命过程是不可逆的出生→童年→少年→

2、青年→中年→老年→龙华（徐汇区漕溪路、田林东路交叉口）生命过程不可逆！5⊬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)与热现象有关的宏宏观过程的方向性观过程的不可逆性自然界宏观过程按一定方向进行的规律就是热力学第二定律。POPSONG“今天的你我怎能重复昨天的故事!”6二、热力学第二定律怎样（精确）表述？Æ各种自然的宏观过程的不可逆性是相互等价的例1：功变热热传导假设热可以自动转变成功，这将导致热可以自动从低温物体传向高温物体。ATTQQT

3、Q2Q2T2热库T2热库ATTQQTT0QQTT009反之：假设气体可以自动压缩，这将导致热可以自动转变成功。TAATQTQ自动被T压缩所有宏观过程的不可逆性都是等价的。自然界中任何宏观过程的不可逆性都可以作为热力学第二定律的一种表述形式。10热力学第二定律的两种表述•克劳修斯表述（1850）：热量不能自动地由低温物体传向高温物体。热量传递的不可逆性•开尔文--普朗克表述（1851）：不可能从单

4、一热源吸收热量，使之全部变成有用的功，而不产生其它影响。功热转换的不可逆性单热源热机（其效率η=1）是不可能制成的。（第二类永动机不存在！）上述两种表述是完全等价的！11[例题]试证在p-V图上两绝热线不相交证：反证法pdT=0若两绝热线相交于点ABC则作等温线与两绝热线A相交于B,CVo循环BCAB，从单一热源吸收热量，使它完全转变为功，而不引起其他变化，违反热力学第二定律，所以是不可能的。在p-V图上两绝热线不相交！12END海水RETURN13•理想气体等温膨胀过程把从单一热源吸收的热全部变成了功，但伴随了其它变化。•系统体积膨胀，外界体积减小了。RETURN14§9.2可逆过程和不

5、可逆过程一、可逆过程定义过程I（若）系统（状态）A（状态）B过程II（状态）A（状态）B外界复原过程I为可逆过程（II为I的逆过程；互为逆过程）否则：（1）若找不到I的逆过程如：瓷瓶被摔碎；（2）能找到I的逆过程，但外界不能复原。“复原”包括:(a)I对外界无影响，II须无影响(b)I对外界有影响，II须消除此影响过程I为不可逆过程15•理想气体向真空自由膨胀过程（对外界无影响），可以有逆过程——比如用活塞把气体压回到原来空间体积•但是，外界必须作功，同时气体向外界放热！（逆过程对外界有影响）否则：（1）若找不到I的逆过程如：瓷瓶被摔碎；（2）能找到I的逆过程，但外界不能复原。“复原”包括

6、:(a)I对外界无影响，II须无影响(b)I对外界有影响，II须消除此影响过程I为不可逆过程16热传导过程：系统（T0）系统T0→T1系统（T1）系统T1→T0A热源（T1）B热源（T2）B热源（T2）QA热源（T1）B热源（T2）T>T=T120否则：（1）若找不到I的逆过程如：瓷瓶被摔碎；（2）能找到I的逆过程，但外界不能复原。“复原”包括:(a)I对外界无影响，II须无影响(b)I对外界有影响，II须消除此影响过程I为不可逆过程17二、热力学过程的可逆性和不可逆性实际热过程具有方向性或不可逆性，如功热转换、热量传递、扩散等过程。可逆过程尽管实际不存在，为了理论上分析实际过程的规律，需

7、引入理想化的概念，如同准静态过程一样。∑气体压缩和膨胀无摩擦的准静态过程外界压强总比系统大一u无限小量，缓缓压缩；假如，外界压强总比系统小一无限小量，缓缓膨胀。一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小的量，这个过程就可以反向进行（其结果是系统和外界能同时回到原始初态），则这个过程就是可逆过程。18∑∑热量传递系统从T到T准静态过程；12反过来，从T到T。系统和21系统外界只有无穷小的变化。“等温”热传导，是热传导可逆的