第9章热力学第二定律.ppt

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1、开尔文克劳修斯热力学第二定律第九章卡诺1、热力学第二定律是对自然宏观过程能量转化方向认识的深化。2、熵的统计定义与能量品质退降的统计思想熵是对宏观过程方向性的一种定量描述，也是对微观运动无序性的描述；熵揭示的不是能量的守恒性，而是能量作功品质的优劣性。3、广义熵从宏观上看，热力学第一定律揭示了自然界中各种运动形式的能量可以通过宏观过程互相转化的规律，而热力学第二定律则进一步揭示了各种运动形式的能量在宏观过程中互相转化时在方向上受到“单向性”限制的规律。从微观上揭示了在热力学过程中大量分子无规则运动呈现的无序程度变化的规律，一、可逆过程和不可逆过程可逆过程:在系统状态变化过

2、程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化.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,或者虽然重复但必然会引起其他变化.注意：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。§9.1自然过程的方向二、自然过程的方向性：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。§9.2不可逆性的相互依存热力学中三种典型不可逆过程：功变热、热量由高温物体传向低温物体、气体绝热自由膨胀不可逆过程的重要规律：1、功变热的不可逆性消失热量可自动地通过某种假想装置全部转变为功不可逆过程之间是相互依

3、存的！热库T0T>T0由温度为T0的热库吸热Q全部转化为功A，并用于转动叶片使温度为T(>T0)的水升温——热量由低温物体传向了高温物体！2、热量由高温物体传向低温物体的的不可逆性消失热量可自动地通过某种假想装置从低温传向高温卡诺热机高温热库低温热库假想装置卡诺热机：从高温热库吸热Q1，做功A，向低温热库放热Q2。A=Q1-Q2假想装置：从低温热库吸热Q2，传递回高温热库。联起来看：从高温热库吸热(Q1-Q2)，全部转变为对外做的功A，而不引起任何其他变化。功变热的不可逆性消失。热库3、绝热自由膨胀的不可逆性消失气体能够自动收缩气体从热库吸热Q，作等温膨胀而对外做功A。A

4、Q等温膨胀让气体自动收缩回到原体积，再把活塞移到原位置（该过程不做功）。总效果：这个过程的唯一效果是一定的热量变成了功，而没有引起任何其它变化。功变热的不可逆性消失了。结论各种宏观自然过程的不可逆性都是互相联系在一起或者说是相互依存的。只需承认其中之一的不可逆性，便可论证其他过程的不可逆性！§9.3热力学第二定律及其微观意义1、开尔文表述（1851年）（思考题）一、热力学第二定律（宏观）2、克劳修斯表述（1850年）3、二种表述的等价性4、卡诺定理二、热力学第二定律的微观意义系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化过程，热力学第二定律说明了大量分子运动的无序程度变化

5、的规律。功变热过程、热传递过程、气体自由膨胀过程大量分子从无序程度较小（或有序）的运动状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。1、功热转换：机械能（或电能）转变为内能的过程。机械能是大量分子的有序运动(指分子速度的方向)。内能（E=i/2vRT）是分子无序运动体现，T越高，内能越大，分子热运动的无序程度越高。所以，功变热是大量分子有序运动向无序运动转化的过程。功变热可自发进行，热变功不能自发进行。2、热传导：热量自动地由高温物体传向低温物体。初态：两个物体的分子运动都是无序的，但温度不同的两个物体的平均动

6、能不同，可用分子平均动能将两物体区分开，仍具一定的有序性。末态：两物体温度相同，所有分子的平均动能相同，不能再利用平均动能的差别来区分两物体，有序性完全消失了。大量分子运动的无序性因热传导而增加了，可自发进行。反过来，热量由低温物体传向高温物体，两物体温差越来越大，其有序度越来越高，不能自发进行。3、气体绝热膨胀：自由膨胀过程是气体分子整体从占在较小空间的初态变到占有较大空间的末态。经过这一过程，从分子运动状态（分子的位置分布）来说更加无序了，故可自发进行。反过来，气体收缩过程不能自发进行。结论一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这是不可逆性的微观本质，

7、也是热力学第二定律的微观意义。热力学第二定律是一条统计规律！acbd只有4个气体分子时，这4个气体分子由于运动的无规则性，完全有可能在某一瞬间全部处于容器的左部。绝热自由膨胀的逆过程——自由压缩实现了！？三、热力学第二定律的统计意义熵和熵增加原理一、熵①熵的亮相热一定律就是因为找到了态函数----内能，建立了数学表达式，才能成功解决了很多实际问题；作为类比，不可逆过程初态与终态之间的差异决定了过程进行的方向，应能找到与不可逆性相关联的态函数，来对过程进行的方向做出数学分析，定量判断过程进行的方向和限度，这个新的函数就是熵。②熵