第四章热力学第二定律 (2)精选文档.ppt

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1、第四章热力学第二定律本讲稿第一页，共十九页1 自然过程的不可逆性自然过程的不可逆性 一、一、可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 二、二、一切自然过程都是不可逆过程一切自然过程都是不可逆过程本讲稿第二页，共十九页 一、一、可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 1.定义：定义：一个系统经过一个过程一个系统经过一个过程 P 从一状态从一状态 变化到另一状态变化到另一状态 如果如果存在存在一个过程一个过程使系统和外界使系统和外界 完全完全复原复原 则说明原过程则说明原过程 P 是是可逆可逆的的 否则是不可逆的否则是不可逆的本讲稿第三页，共十九页12P判断的是原过程判断的是原过程P系统和外界全

2、复原系统和外界全复原可逆过程是理想过程可逆过程是理想过程2.注意关键词注意关键词3.只有只有准静态准静态 无摩擦的过程无摩擦的过程 才是才是可逆的过程可逆的过程P准静态无摩擦准静态无摩擦初始小过程初始小过程恢复小过程恢复小过程本讲稿第四页，共十九页二、二、一切自然过程都是不可逆过程一切自然过程都是不可逆过程 自然过程有明显的方向性自然过程有明显的方向性 如如 功变热功变热 热传导热传导 扩散扩散本讲稿第五页，共十九页功热转换的方向性功热转换的方向性功功热热功功热热热传导的方向性热传导的方向性气体的绝热自由膨胀气体的绝热自由膨胀密度大密度大密度小密度小本讲稿第六页，共十九页2.热传导热传导 其其

3、唯一唯一效果是热量效果是热量(自动地自动地)从低从低温物体传向温物体传向高温高温物体物体 的过程是的过程是不可能不可能发生的发生的3.结论结论 1)自然界中自然界中一切与热现象一切与热现象有关的宏观过程有关的宏观过程均是均是不可逆不可逆过程过程 2)宏观上与热相伴过程的不可逆性是相互宏观上与热相伴过程的不可逆性是相互沟通沟通的的1.热转换热转换其其唯一唯一效果是效果是(自动地自动地)把把热全部热全部转变成转变成功功的的过程是过程是不可能不可能发生的发生的本讲稿第七页，共十九页2 热力学第二定律热力学第二定律 一、一、热力学第二定律的宏观表述热力学第二定律的宏观表述 二、二、热力学第二定律的微观

4、解释热力学第二定律的微观解释本讲稿第八页，共十九页一、一、热力学第二定律的宏观表述热力学第二定律的宏观表述 1.克劳修斯克劳修斯(Clisuis)表述表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体热量不能自动地从低温物体传向高温物体强调了热传递的不可逆性强调了热传递的不可逆性2.开尔文（开尔文（Kelvin)表述：表述：其唯一效果是热全部转变成功的过程其唯一效果是热全部转变成功的过程是不可能发生的是不可能发生的(第二类永动机是不可能造成的，违反本定律第二类永动机是不可能造成的，违反本定律)强调了功与热转化的不可逆性强调了功与热转化的不可逆性(制冷机制冷机)(热机热机)本讲稿第九页，共十九页二、热力

5、学第二定律的微观解释二、热力学第二定律的微观解释 1.宏观状态与微观状态宏观状态与微观状态左左右右宏观上看宏观上看：不去区分究竟是哪个粒子，而不去区分究竟是哪个粒子，而是看左、右两部分各有多少粒是看左、右两部分各有多少粒子子微观上看微观上看：具体哪个粒子在哪？具体哪个粒子在哪？编号为编号为宏观态宏观态 微观态微观态 46411本讲稿第十页，共十九页2.热力学几率热力学几率(概率概率)一个宏观态对应的微观态一个宏观态对应的微观态 数目叫做这一宏观态的数目叫做这一宏观态的 热力学几率热力学几率 宏观态宏观态 微观态微观态464113.等几率假设等几率假设 孤立系统中孤立系统中 每个微观态出现的几率

6、相同每个微观态出现的几率相同4.在诸多的宏观态中在诸多的宏观态中 热力学几率大的宏观态最易出现热力学几率大的宏观态最易出现(平衡态平衡态)本讲稿第十一页，共十九页5.热热 律的微观解释律的微观解释 自发过程的方向性自发过程的方向性如如 自由膨胀自由膨胀有序有序无序无序 1)自然过程从热力学几率小向热力学几率大自然过程从热力学几率小向热力学几率大 的方向进行的方向进行 2)宏观上认为不可能出现的状态宏观上认为不可能出现的状态 在微观上认为是可能的在微观上认为是可能的 只不过几率太小而已只不过几率太小而已 3)热热 律是统计规律律是统计规律(与热与热 律不同律不同)讨论讨论本讲稿第十二页，共十九页

7、4)一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的方向进行方向进行l功热转换功热转换 机械功（电功）机械功（电功）热能热能 有序运动有序运动 无序运动无序运动 l热传导热传导T2T1动能分布较动能分布较有序有序TT动能分布更动能分布更无序无序l气体自由膨胀气体自由膨胀位置较有序位置较有序位置更无序位置更无序本讲稿第十三页，共十九页3 态函数熵与熵增加原理态函数熵与熵增加原理 一、一、熵的定义熵的定义 二、二、熵增加原理熵增加原理 本讲稿第十四页，共十九页一、熵的定义一、熵的定义 玻耳兹曼定义式玻耳兹曼定义式熵是状态参量熵是状态参量是系统紊乱程度的量度是系统紊乱程度

8、的量度与与 E T P 同地位同地位本讲稿第十五页，共十九页二、二、熵增加原理熵增加原理热热 律的数学表述律的数学表述 孤立系统孤立系统自发过程方向性问题自发过程方向性问题可逆过程可逆过程不可逆过程不可逆过程表述：表述：在孤立系统内所进行的自然过程总是沿着熵在孤立系统内所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，它是不可逆的。平衡态相增大的方向进行，它是不可逆的。平衡态相应于熵最大的状态。热力学第二定律的这种应于熵最大的状态。热力学第二定律的这种表述叫熵增加原理。表述叫熵增加原理。本讲稿第十六页，共十九页楼塌是一个从有序到无序的过程楼塌是一个从有序到无序的过程熵增过程熵增过程不可收拾不可逆不可收

9、拾不可逆本讲稿第十七页，共十九页1、开尔文表述、开尔文表述其唯一效果是热全部转变成功的过程其唯一效果是热全部转变成功的过程是不可能发生的。是不可能发生的。2、克劳修斯表述、克劳修斯表述热量不能自动地从低温物体传向高温物体。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。小结小结本讲稿第十八页，共十九页问题：问题：一条等温线与一条绝热线是否可有一条等温线与一条绝热线是否可有两个交点。两个交点。答：不可能。答：不可能。因为两条曲线构成了因为两条曲线构成了闭合曲线，循环过程闭合曲线，循环过程只有吸热，且对外做只有吸热，且对外做正功，热机效率为正功，热机效率为 100%，违背了热力学第，违背了热力学第二定律。二定律。本讲稿第十九页，共十九页