2021-2022学年高二物理竞赛课件：可逆过程与不可逆过程.pptx

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1、可逆过程与不可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中在系统状态变化过程中,如果逆过如果逆过程能重复正过程的每一状态程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程这样的过程叫做可逆过程.可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程热力学第一定律有两方面的问题没有涉及到：热力学第一定律有两方面的问题没有涉及到：机械能机械能摩擦生热摩擦生热热量热量100%热机热机40%要判定此问题，需要用一个新的定律要判定此问题，需要用一个新的定律-热力学第二定律热力学第二定律才能解决。才能解决。其一，热力学第一定律强调的是能

2、量上的守恒，没有其一，热力学第一定律强调的是能量上的守恒，没有考虑到不同类型能量在做工能力上的差别；考虑到不同类型能量在做工能力上的差别；例如：同样数量的机械能与热能其价值并不相同。其二，热力学第一定律不能判断热力学过程的方向性。其二，热力学第一定律不能判断热力学过程的方向性。事实表明任何热力学过程都具有方向性事实表明任何热力学过程都具有方向性 可以自发进行的可以自发进行的热力学过程，而其反方向过程则不能自发进行。热力学过程，而其反方向过程则不能自发进行。自然过程的方向自然过程的方向自发过程：自发过程：在一定条件下，某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就在一定条件下，某种变化有自动发生的趋势，一

3、旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发过程。如：无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发过程。如：(1)热由高温物体传给低温物体。热由高温物体传给低温物体。若若T1T2，AB接触后，热量接触后，热量自自动动由由A流向流向B。最后两者温度相等。最后两者温度相等。相反的过程，热量相反的过程，热量自动自动由低温物体流到高温物体，使热者由低温物体流到高温物体，使热者愈热，冷者愈冷，这种现象从未发生过。愈热，冷者愈冷，这种现象从未发生过。ABT1T2（2）高压气体向低压气体的扩散。高压气体向低压气体的扩散。若若 p1 p2，打开活塞后，打开活塞后，A球中气体自动扩散到球中气体自动扩散到

4、B球。球。Ap1p2B相反的现象：相反的现象：“低压球中气体向高压球扩散，使压力低的愈低，压力低压球中气体向高压球扩散，使压力低的愈低，压力高的愈高高的愈高”，从未发生过。，从未发生过。（3）锌与硫酸铜溶液的化学反应：锌与硫酸铜溶液的化学反应：将锌粒放在将锌粒放在硫酸铜硫酸铜溶液中，溶液中，Zn可自动将可自动将Cu2+还原为还原为金属铜金属铜，相反的过程，即将，相反的过程，即将Cu放放入硫酸锌，却不能入硫酸锌，却不能自动自动将将Zn2+还原为锌。还原为锌。从以上热传导、扩散、化学反应的四个例子可见，在自然条从以上热传导、扩散、化学反应的四个例子可见，在自然条件下，从某一状态到另一种状态的变化能

5、否自发进行是有方向件下，从某一状态到另一种状态的变化能否自发进行是有方向的。的。要使自发过程的逆过程能够进行要使自发过程的逆过程能够进行,必须让环境对系统作功。必须让环境对系统作功。自发过程逆向进行必须消耗功自发过程逆向进行必须消耗功例如：用冷冻机就可以将热由低温物体转移到高温物体；用压缩机就可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，通直流电就可实现 Cu+Zn2+Cu2+Zn 的反应。非非准静态过程为准静态过程为不可逆过程不可逆过程.不可逆不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不过程：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

6、能重复但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他变化，这样的过程叫做不可逆过程必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程程.可逆过程的条件可逆过程的条件例如：例如：有限温差热传导，有限温差热传导，气体自由膨胀气体自由膨胀摩擦生热，摩擦生热，气体的自气体的自由膨胀是由膨胀是不可逆的不可逆的.“一切与热现象有关的宏观过程都不可逆一切与热现象有关的宏观过程都不可逆”八宝山八宝山生命过程是不可逆的：生命过程是不可逆的：

7、出生出生 童年童年少年少年 青年青年 中年中年 不可逆！不可逆！老年老年实际上，实际上，一切不可逆过程都是相互沟通的。一切不可逆过程都是相互沟通的。落叶永离，覆水难收，落叶永离，覆水难收，人生易老，逝者如斯！人生易老，逝者如斯！热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律是关于是关于自然过程方向的一条基本的、自然过程方向的一条基本的、普遍的定律。普遍的定律。（一）（一）热力学第二定律的两种表述：热力学第二定律的两种表述：1.开氏表述开氏表述（Kelvin，1851）：）：其其唯一唯一效果效果是热量是热量全部全部转变转变为功的过程是不为功的过程是不可能的。可能的。A=QQT第二类第二

8、类永动机永动机开氏表述的另种说法：开氏表述的另种说法：2.克氏表述克氏表述（clausius，1850）：热量不能热量不能自动地自动地从低从低温物体传向温物体传向高温物体高温物体QT1（高）（高）T2（低）（低）不存在第二类永动机不存在第二类永动机两种表述的等价性两种表述的等价性1.若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。反证法：反证法：克克氏氏表表述成立述成立开开氏氏表表述成立述成立等价等价设开氏表设开氏表述不成立述不成立则克氏表则克氏表述不成立述不成立（自证）（自证）2.若开氏表述成立，则克氏表述也成立。若开氏表述成立，则克氏表述也成立。A=Q1T1Q1 T1T

9、2Q2Q1+Q2 T2 Q2Q1T1A说说 明明(2)热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的，由一种热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的，由一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。(3)热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任何方式热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任何方式加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。(4)热力学第二定律的现代表述源于卡诺的专著热力学第二定律的现代表述源于卡诺的专著“Reflexions on Motive Work of Fire”，25 年后由年后由 Clausiu

10、s 和和 Kelvin 给出的。给出的。(1)热力学第二定律深刻揭示了热和功的辩证关系：热力学第二定律深刻揭示了热和功的辩证关系：功可以全部转化为热而不留下其它变化，而热却不能全部转化为功可以全部转化为热而不留下其它变化，而热却不能全部转化为功而不留下其它变化。热和功的转化是不可逆的，有方向的。功而不留下其它变化。热和功的转化是不可逆的，有方向的。例例.试证明在试证明在p V图上任意物质的图上任意物质的一条等温一条等温证：证：用反证法，用反证法，设等温线和绝热线能相交两次。设等温线和绝热线能相交两次。绝热线绝热线（等（等S 线）线）等温线等温线QA=Q pV则如图示，可构成一个则如图示，可构成一个单热库热机，从而违反热单热库热机，从而违反热力学第二定律的开氏表述，力学第二定律的开氏表述，故假设不成立。故假设不成立。线和一条绝热线不能相交两次。线和一条绝热线不能相交两次。类似的也可用反证法证明在类似的也可用反证法证明在p V 图上图上两条两条（自己证明）（自己证明）绝热线不能相交。绝热线不能相交。