热力学第二定律卡诺定律课件.ppt

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1、1.自然过程的方向性自然界的一切实际热力学过程都是按一定方向进行的，反方向的逆过程不可能自动地进行，即符合热一律的过程，不一定能在自然界发生。例如：功热转换过程，热传导，气体的绝热自由膨胀。例如：1)热不能自动转化为功··水叶片重物重物绝热壁焦耳热功当量实验重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。12)热传导ABT1T2>ABT1T2=非等温热传导过程结论：热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的;热量不能自动地(对系统或环境不产生任何影响)由低温物体传向高温物体。真空3)气体的

2、绝热自由膨胀结论：气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的，充满容器的气体不能自动地收缩而只占原体积的一部分。2过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√热传导高温热量低温高温热量低温√气体扩散分离混合分离混合√一些自然过程的方向：全部全部a.功热转换的条件，第一定律无法说明.b.热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题，第一定律无法说明.31开尔文说法(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做功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化.其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。一热力学第二定律的

3、两种表述4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,但它是非循环过程.12WW5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.6永动机的设想图72克劳修斯说法(1850)热量不能自动地从低温物体传向高温物体，即不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。8虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD9第二类永动机：只利用单一热库进行工作的热机。对一台热机来说，就是热机效率为100%。它是不可能实现的。因为它违

4、反了热力学第二定律。第一类永动机：不需要能量输入而能继续做功的机器。它是不可能实现的。因为它违反了热力学第一定律。热力学第一、二定律的重新表述：热一律：第一类永动机是不可能造成的。热二律：第二类永动机是不可能造成的。10注意1.热力学第二定律是大量实验和经验的总结，说明自然宏观过程按一定方向进行的规律。3.热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映了自然界过程进行的方向性。2.热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性。4.热二律是反映大量分子运动的无序程度变化的规律。1)功热转换功热机械能内能大量分子有序运动大量分子无序运动自然过程总是

5、沿着使大量分子从有序状态向无序状态的方向进行。11总结:一切自然过程总是沿着无序性增大方向进行。这就是自然过程方向性的微观意义，也就是热力学第二定律的微观意义。这说明，由于热传导，大量分子运动的无序性增大了。2)热传导末态：两物体温度相同此时已不能按分子的平均动能的大小来区分两物体初态：两物体温度不同此时尚能按分子的平均动能的大小来区分两物体。分子的运动状态(分子的位置分布)更加无序了。3)气体绝热自由膨胀末态：分子占据较大空间初态:分子占据较小空间12可逆过程:在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态,而且不引起其它变化,这样的

6、过程叫做可逆过程.二可逆过程与不可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程13不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程.非准静态过程为不可逆过程.14准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无能量耗散的过程.可逆过程的条件15非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.热力学第二定律的实质无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发所有宏观过程的不可逆性都是等价的161.不可

7、逆过程不是不能在相反方向进行的过程,关键是不能自发地进行。自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.2.上述不可逆过程都是宏观过程,系统中包含大量分子.因此第二定律是统计规律。例如在气体绝热自由膨胀中,如果气体中只含有少数几个分子(如3个),这几个分子完全有可能全部自动地回到原来的半个容器中去。注意3.自然界中的不可逆过程是相互联系的,是等价的,由一个过程的不可逆性可以推断另一个的不可逆性,相反,一个实际过程的不可逆性消失,其它实际过程的不可逆性也随之消失。结论：每个不可逆过程都可以作为热力学第二定律表述的基础.热力学第二定律有不同的表

8、达形式,但其本质上都是揭示了自发发生的宏观过程进行的方向这一客观规律。17三、卡诺定理以卡诺机为例，有(不可逆机)（可逆机）卡诺定律：1)在相同的高温