高二物理竞赛课件：热力学第二定律.pptx

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1、第六章 热力学基础,6-4 热力学第二定律,开尔文 (18241907英国),克劳修斯 (18221888),2,复 习,等体过程 (V=Const.),等压过程 (p=Const.),等温过程 (T=Const.),（直接）,(Mayer公式),绝热过程,3,复 习,循环过程：物质系统经历一系列的变化状态又回到初始状态。,热循环/热机,冷循环致冷机,系统从高温库Q1吸热，对外做功，向低温库Q2放热。,系统从低温库Q2吸热，接受外界做功，向高温库Q1放热。,4,复 习,卡诺循环：系统只和两个恒温热库进行热交换的准静态循环。,正循环,逆循环,5,6. 热力学基础,6.1 热力学第零定律和第一定律

2、6.2 热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用6.3 循环过程 卡诺循环6.4 热力学第二定律6.5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理6.6 熵 玻尔兹曼关系6.7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义6.8* 耗散结构 信息熵,热力学第二定律 两种表述的等价性,6,自然过程的方向性,问题：一切热力学过程都应该满足能量守恒。满足能量守恒的过程都能进行吗？,热力学第二定律告诉我们：过程的进行还有个方向性的问题，满足能量守恒的过程不一定都能进行。,7,自然过程的实例1,1. 功热转换的方向性,功 热 可自动进行 ( 如摩擦生热、焦耳实验 ) 热 功 不可自动进行 ( 焦耳实验中，不可能水温自动降低

3、推动叶片而使重物升高 ), “热自动地转换为功的过程不可能发生”， “通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的”， “其唯一效果 ( 指不引起其它变化 ) 是一定量的内能 ( 热 ) 全部转变为机械能 (功) 的过程是不可能发生的”。,热机： 把热转变成了功，但有其它变化 ( 热量从高温热源传给了低温热源 )。,8,自然过程的实例2,2. 热传导的方向性,热量可以自动地从高温物体传向低温物体，但相反的过程却不能发生。 “热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。” “其唯一效果是热量从低温物体传向高温物体的过程是不可能发生的”。,致冷机：要通过外界做功才能把热量从低温热库传向高温热库， 热量不是自动地

4、由低温物体传向高温物体。,9,自然过程的实例3,3. 气体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是不可逆的”,生命过程是不可逆的： 出生 童年 少年 青年 中年 老年 ,“一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的”,10,不可逆性的相互依存,1. 若 功热转换的方向性消失 则 热传导的方向性也消失,相互依存：一种过程的方向性存在 ( 或消失 )，则另一过程的方向性也存在 ( 或消失 )。各种实际宏观过程的方向性都是相互沟通的 ( 不可逆性相互依存 ),功热转换的方向性消失热可以自动地通过某种假想装置全部转变为功。功又可转换为热.热量可从低温库传到高温库。热传导的方向性也消失,

5、11,不可逆性的相互依存,1. 若 功热转换的方向性消失 则 热传导的方向性也消失,功热转换的方向性消失热可以自动地通过某种假想装置全部转变为功。功又可转换为热.热量可从低温库传到高温库。热传导的方向性也消失,相互依存：一种过程的方向性存在 ( 或消失 )，则另一过程的方向性也存在 ( 或消失 )。各种实际宏观过程的方向性都是相互沟通的 ( 不可逆性相互依存 ),12,不可逆性的相互依存,2. 若 热传导的方向性消失 则 功热转换的方向性也消失,13,热力学第二定律,开尔文： （1851年）不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之全部变为有用的功，而其他物体不发生任何变化。其唯

6、一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。,如结合热机，开尔文说法的意义：第二类永动机是不可能制成的。 ( 又称单热源热机，其效率 = 100%，即热量全部转变成了功。 ),克劳修斯：（1850年）热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。,第一类永动机：不需要能量输入而能继续做功的机器。第二类永动机：有能量输入的单热源热机。,14,若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。,若开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立。,15,热力学第二定律 的微观意义,1、功热转换,在功热转换的过程中，自然过程总是沿着使大量分子从有序状态向无序状态的方向进行。,从微观上说，热力学第二定律是反映大量分子运动的无

7、序程度变化的规律。,功机械能有序运动,热内能无序运动,16,热力学第二定律 的微观意义,2、热传导,由于热传导，大量分子运动的无序性增大了。,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。,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。,从微观上说，热力学第二定律是反映大量分子运动的无序程度变化的规律。,17,热力学第二定律 的微观意义,2、气体绝热自由膨胀,一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。,初态：分子占据较小空间。,末态：分子占据较大空间，分子的运动状态 (分子的位置分布 ) 更加无序了。,下面引入一个重要概念 ( 可逆过程 )和一个重要定理 ( 卡诺定理 )。,从微观上说，热力学第二定律是反映大量分子运动的无序程度变化的规律。,18,例题 6-6,试证：在p-V图上两条绝热线不能相交。,作业,P243：6-23、6-24,19,