中国民航大学大学物理学第12章热力学第二定律

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1、第十二章热力学第二定律TheSecondLawofThermodynamics热力学第一定律要求：在一切热力学过程中，能量一定守恒。但是，满足能量守恒(不违反热力学第一定律)的过程是否一定都能自发地进行？自然界中宏观的自发过程具有确定的方向性,满足能量守恒的过程不一定都能自发地进行。问题的提出热力学第二定律：揭示自然界过程进行的方向，能量转换的方向和限制。§12-1自然过程的方向性§12-2热力学第二定律§12-3卡诺定理§12-4热力学第二定律的统计意义§12-5熵熵增加原理§12-1自然过程的方向性DirectionalPropert

2、yofNaturalProcess1可逆过程与不可逆过程设在某一过程L中，系统从状态A变化到状态B。如果能使系统从状态B逆向回复到初状态A，而同时外界也恢复原状，过程L就称为可逆过程。如果系统不能回复到原状态A，或者虽然能回复到初态A，但外界不能恢复原状，那么过程L称为不可逆过程。2.1功热转换的方向性功热：重物下落，功全部转变成热，并且不引起其它任何变化。过程能自发进行。热功：水温降低，产生水流，推动叶片转动，提升重物，而不引起其它任何变化。过程不能自发进行。功热转换具有确定的方向性，过程是不可逆的。水2.自然过程的方向性有限温差的

3、两个物体相接触，热量总是自发由高温物体传向低温物体。相反过程不会自发进行。高温热库T1低温热库T2AQ1Q2工质2.热传导的方向性当然，用致冷机可把热量由低温物体传向高温物体。但外界必须对工质做功，这引起了其它效果。有限温差热传导具有确定的方向性，过程是不可逆的3.气体的绝热自由膨胀的方向性气体向真空中绝热自由膨胀的过程具有确定方向，不可逆非平衡态平衡态非平衡态平衡态：可以自发进行平衡态非平衡态：不能自发进行气体不能自发压缩墨水扩散是一个不可逆过程泼水难收破镜难圆楼倒塌是一个不可逆过程逝者如斯生米煮成熟饭生命过程是一个不可逆过程总结：

4、实际宏观过程都涉及热功转换、热传导和非平衡态向平衡态的转化。所以，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。热力学第二定律的实质的实质在于指出：与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程！§12-2热力学第二定律TheSecondLawofThermodynamics1851年由开尔文勋爵(WilliamThomson)总结，揭示了自然界普遍存在的功转化为热的不可逆性。1850年由克劳修斯总结，揭示了自然界普遍存在的热传递的不可逆性。克劳修斯表述开尔文表述开尔文表述与克劳修斯表述是热力学第二定律最早的表述形式，因而它是热二律的经典表述形式。1

5、.热力学第二定律的两种典型表述1.热力学第二定律的两种典型表述1.1开尔文表达(1851)不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。这一叙述的含义是：热自发的全部转化为功是不可能的。热机效率：1,热力学第一定律与热力学第二定律的比较拓展：2,热二律开尔文表述指出了热功转换的方向性功自发热100%转换热非自发功不能100%转换3,热力学第二定律与能源危机热力学第一定律：能量转换并守恒，何来能源危机？热力学第二定律：能量做功的能力下降，能量品质下降。η>100%违反热力学第二定律违反热力学第一定律η=100%第一类永动机第二

6、类永动机从热机角度（热功转换角度）说明能量转换的方向和限制1.2克劳修斯表达(1850)热量不可能从低温物体传给高温物体而不引起其它变化。这一叙述的含义是：热自发的由低温物体传到高温物体是不可能的。要使热量从低温物体传给高温物体，必须有外界　做功。即致冷机的致冷系数不可能无限大。AQ2Q1ET1T2热二律Clausius表述指出了热传导方向性：高温自动低温低温非自动高温（外界做功）热二律Clausius表述并不意味着热量不能从低温物体传到高温物体，而是说不能自动的从低温物体传到高温物体例：电冰箱凡满足能量守恒定律，而实际上又不可实现的过程

7、的确切叙述，都可以作为热力学第二定律的一种表述，而且彼此等价。Kelvin表述和Clausius表述是等价。2.热二律表述的多样性等价性两种表述的等价性2.1如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立Q2Q1+Q2EA=Q1EQ1高温热源T1低温热源T2Q2Q2高温热源T1低温热源T22.2如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立Q2A=Q1-Q2Q2Q1E高温热源T1低温热源T2A=Q1-Q2EQ1-Q2高温热源T1低温热源T2[例]试证明：对于任何工作物质，（1）一条等温线不可能与一条绝热线相交两点；（2）两条绝热线不可能相交。

8、证：（1）用反证法：假设一条等温线与一条等温线相交两点a和b，这就构成了一个循环过程：AdiabatIsothermab此循环过程与热力学第二定律的Kelvin表述矛盾。（2）用反证法：假设两