哈工大 大物课件 第22章 热力学第二定律

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1、一、自然过程的方向一个过程，如果每一步都可以沿相反的方向进行而不引起外界的任何其他变化，则该过程为可逆过程只有无摩擦的准静态过程才是可逆的过程用任何方法都不能使系统和外界同时复原的过程是不可逆过程§22热力学第二定律熵过程的方向性，是指它们存在一个自动的、无条件的、自发的、无须外界帮助而进行的方向。1“一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，都存在一定的方向性------------→存在着时间箭头”生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我怎能重复过去的故事!”童年少年青年中年老年……含此四种因素之一的过程必为不可逆过

2、程存在耗散未达力学平衡未达热学平衡未达化学平衡不是准静态过程2自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆过程—孤立系统中的自发过程具有方向性二、不可逆性的相互依存功热转换热自动地转换为功的过程不可能发生热传导热量不可能自动地从低温物体传向高温物体气体的绝热自由膨胀扩散过程具有方向性，是不可逆的具有方向性，是不可逆的不可逆性是彼此相互依存的！！！31.否定了热传导的不可逆性必否定功变热的不可逆性高温热源T1高温热源T1低温热源T2低温热源T2Q0QQ0Q0AA假想装置卡诺热机若热传导的方向性消失则功热转换的方向性也消失采用反证

3、法循环过程的不可逆性是彼此相互依存的！！！4热源T0假想装置QA热源T0TT若功热转换的方向性消失则热传导的方向性也消失采用反证法Q3.由功变热过程的不可逆性可以推断理想气体的绝热自由膨胀过程的不可逆性过程的不可逆性是相互沟通的循环Q推动制冷机工作1.否定了功变热的不可逆性必否定热传导的不可逆性5三、热力学第二定律克劳修斯第二定律的克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不产生其它变化“热量不能自动地从低温物体传向高温物体”开尔文“其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的”第二定律的开尔文表述不可能从单一热源吸收热量

4、使之完全变成有用的功而不引起其它变化两种表述是等价的第二类永动机是不可能制造成的6热力学第二定律的实质自然界中的过程具有方向性，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。热力学概率大的宏观态最易出现一切自然过程总是从热力学概率小向热力学概率大的方向进行，总是沿分子无序性增大的方向进行。热力学第二定律是统计规律（与第一定律不同）7四、卡诺定理1824年，卡诺：1)在相同高温热源(T1)和低温热源(T2)之间工作的一切可逆热机的效率都相等，与工作物质无关，且：2)在相同的高低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率，总是小于可逆热机。即(

5、1)热源—温度均匀的恒温热源说明(2)只有两个热源—这样的热机必为卡诺热机(3)卡诺热机(卡诺循环)的效率是一切热机效率的最高极限。8让b反向工作，使两可逆热机a和b卡诺定理的证明：高温热源（T1）低温热源（T2）ab高温热源（T1）低温热源（T2）ab由第二定律的开尔文表述(1)让a反向工作:与工作物质无关9热机b可逆,热机a不可逆(2)让b反向工作若：a成为可逆热机高温热源（T1）低温热源（T2）ab五、克劳修斯等式与不等式可逆卡诺循环不可逆卡诺循环10任意可逆循环(准静态、无摩擦)PV克劳修斯等式克劳修斯不等式对任一卡诺循

6、环等号对可逆卡诺循环成立任意循环过程“=”可逆循环过程“<”不可逆循环过程11例1某热机循环从高温热源获得热量QH，并把热量QL排给低温热源。设高温热源的温度为TH=2000K，低温热源的温度为TL=300K，试确定在下列条件下热机是可逆，不可逆或不可能的。(1)QH=1000J，900J；(2)QH=2000J，QL=300J；(3)A=1500J，QL=500J。解：(1)不可能(2)可逆(3)不可逆12一、克劳修斯熵S为状态函数克劳修斯熵！对沿12的任一可逆过程熵差只和始、末两平衡态有关，与过程无关对不可逆过程热力学基本微

7、分方程熵的计算可逆过程不可逆过程始、末两平衡态的熵差、熵变§5熵13例：理想气体的绝热自由膨胀过程的熵变解：克劳修斯熵不是准静态过程理想气体任一可逆过程14二、熵增加原理熵是态函数，两状态的熵差与两态间的过程无关可逆过程不可逆过程对绝热过程系统经可逆绝热过程，熵不变一个孤立系统的熵永不减少熵增加原理熵增加原理：孤立系统内的自然过程(不可逆)总是沿着熵增加的方向进行，非孤立系统的熵可以增加也可以减少第二定律的数学表示15三、玻耳兹曼熵“自然界的一切过程都是向着微观状态数大的方向进行的”热力学概率广延量？强度量？1877年，玻耳兹曼

8、玻耳兹曼熵公式态函数—熵熵是广延量，可加量熵是系统紊乱程度的量度一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的方向进行；自然过程从热力学概率小向热力学概率大的方向进行。热力学第二定律是统计规律16关于熵的进一步讨论一、玻耳兹曼熵与克劳修斯熵克劳修斯熵只对系统的平衡态才有