第十一章 熵和热力学第二定律

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1、由四个准静态过程组成，其中两个是等温过程，两个是绝热过程组成。是一种理想化的模型。卡诺循环：ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2正循环—卡诺热机;逆循环—卡诺制冷机T1T2Q1Q2W卡诺热机卡诺制冷机T1T2Q1Q2W第十一章熵和热力学第二定律一、可逆与不可逆过程二、热力学第二定律、卡诺定理三、熵、熵的计算、熵增加原理四、熵的统计观点热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但满足热力学第一定律的过程是否一定可以实现？热传导过程有方向功变热过程有方向分子自由膨胀过程有方向??一、可逆过程、不可逆过程自然界中一切与热现象有关的宏

2、观过程都有方向性！插入不可逆演示可逆过程（Reversibleprocess）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，它能使系统和外界完全复原，则这个过程称为可逆过程。不可逆过程（Irreversibleprocess）一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则这个过程称为不可逆过程。对一些过程，若摩擦力等耗散效应可忽略，且过程为一系列准静态过程构成，则这一过程可看成是可逆过程。自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不可逆的。可逆过程只是实际过程的近似。插入可逆演示pVabcd不可逆循

3、环所产生的影响不可能用它的逆循环来消除。可逆机：工作物质作可逆循环的热机。反之为不可逆机。T1T2Q1Q2WT1T2Q1Q2W理想气体作卡诺循环是可逆循环卡诺制冷机卡诺热机可逆循环：由可逆过程构成的循环，其所产生的影响可用它的逆循环来消除。热力学第二定律的克劳修斯表述（1850）：不可能把热量从低温物体自动地传到高温物体而不引起其他变化。开尔文表述（1851）：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来作功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界产生任何变化二、热力学第二定律、卡诺定理为判断过程进行的方向，需找出一个独立于热力学第一定律之外的新的自然规律，即热力

4、学第二定律。1、热力学第二定律两种表述等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它不是循环过程。12WW低温热源高温热源卡诺热机WABCD卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.POV历史上曾经有人企图制造这样一种循环工作的热机：从单一热源吸收热量，并把它全部用来作功，因而效率可以达到100%，这就是第二类永动机。第二类永动机不违反热力学第一定律，但它违反了热力学第二定律，因而也是不可能造成的。2、热力学第二定律两种描述的等价性开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，二者在表述实际宏观过程的不可逆性这一点上

5、是等价的。即一种说法是正确的，另一种说法也必然正确；如果一种说法是不成立的，则另一种说法也必然不成立。可用反证法证明。开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立关于热力学第二定律的说明热力学第一定律是守恒定律。热力学第二定律则指出，符合第一定律的过程并不一定都可以实现的，这两个定律是互相独立的，它们一起构成了热力学理论的基础。热力学第二定律除了开尔文说法和克劳修斯说法外，还有其他一些说法。（所有说法都是等价的）事实上，凡是关于自发过程是不可逆的表述都可以作为第二定律的一种表述。每一种表述都反映了同一客观规律的某一方面，但是其实质是一样的。

6、热力学第二定律可以概括为：一切与热现象有关的实际自发过程都是不可逆的。卡诺定理（1）工作在相同的高温热源和低温热源之间一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。（2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的效率，与工作物质无关。任意可逆卡诺热机的效率都等于以理想气体为工质的卡诺热机的效率任意不可逆卡诺热机的效率都小于以理想气体为工质的卡诺热机的效率卡诺热机效率最大卡诺定理的证明：R为可逆机。I为不可逆机。反证法：若：两个热机的效果之和为从热源T2吸收热量对外作功。违反开尔文表述。两个热机的效果之和为从低温热源T2传递热量到高温热源T1。违反克劳

7、修斯表述。高温热源低温热源（1）工作在相同的高温热源和低温热源之间一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率。卡诺定理的证明：R为可逆机。I为不可逆机。若：高温热源低温热源两个热机的效果之和为不可逆机I产生的影响被可逆机R消除，说明I是可逆机。由此证明了不可逆热机效率小于可逆热机。工作在相同的高温热源和低温热源之间一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率。（2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的可逆机效率相同，只与热源温度有关，与工作物质无关。虽然实际过程的逆过程不会发生，但它们都不违反能量守恒定律。是什么原因