【知識】高二物理知識點：熱力學第二定律

1、高二物理學問點：熱力學其次定律高二物理學問點：熱力學其次定律這篇高二物理學問點： 熱力學其次定律是查字典物理網(wǎng)特地為大家整理的，期望對大家有所幫忙.一、熱力學其次定律建立的歷史過程19 世紀初， 巴本、 紐可門等制造的蒸汽機經(jīng)過很多人特殊是瓦特的重大改良，已廣泛應用于工廠、礦山、交通運輸，但當時人們對蒸汽機的理論討論仍是特別缺乏的； 熱力學其次定律就是在討論如何提高熱機效率問題的推動下， 逐步被發(fā)覺的，并用于解決與熱現(xiàn)象有關的過程進行方向的問題；1824 年，法國陸軍工程師卡諾在他發(fā)表的論文論火的動力中提出了聞名的卡諾定理，找到了提高熱機效率的根本途徑；但卡諾在當時是采納熱質(zhì)說的錯誤觀點來討論

2、問題的；從1840 年到 1847 年間，在邁爾、焦耳、亥姆霍茲等人的努力下，熱力學第肯定律以及更普遍的能量守恒定律建立起來了；熱動說的正確觀點也普遍為人們所接受； 1848 年， 開爾文爵士 威廉湯姆生 依據(jù)卡諾定理，建立了熱力學溫標 確定溫標 ；它完全不依靠于任何特殊物質(zhì)的物理特性，從理論上解決了各種體會溫標不相一樣的缺點；這些為熱力學其次定律的建立預備了條件；1850 年，克勞修斯從熱動說動身重新審查了卡諾的工作，考慮到熱傳導總是自發(fā)地將熱量從高溫物體傳給低溫物體這 一事實，得出了熱力學其次定律的初次表述；后來歷經(jīng)多次第 7頁簡練和修改， 逐步演化為現(xiàn)行物理教科書中公認的克勞修斯表述；與

3、此同時，開爾文也獨立地從卡諾的工作中得出了熱 力學其次定律的另一種表述，后來演化為更精煉的現(xiàn)行物理教科書中公認的開爾文表述；上述對熱力學其次定律的兩種表述是等價的，由一種表述的正確性完全可以推導出另一種表述的正確性；二、熱力學其次定律的實質(zhì)一個熱力學系統(tǒng)，從某一狀態(tài)動身，經(jīng)過某一過程到達另一狀態(tài)；假設存在另一過程，能使系統(tǒng)與外界完全復原 即系統(tǒng)回到原先的狀態(tài)，同時排除了原先過程對外界的一切影響 ，那么原先的過程稱為可逆過程；反之，假如用任何方法都不行能使系統(tǒng)和外界完全復原，那么稱之為不行逆過程；可逆過程是一種抱負化的抽象，嚴格來講現(xiàn)實中并不存在 但它在理論上、 運算上有著重要意義 ；大量事實告

4、知我們： 與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不行逆過程；克氏表述指出：熱傳導過程是不行逆的；開氏表述指出：功變熱 準確地說，是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 的過程是不行逆的；兩種表述其實質(zhì)就是分別選擇了一種典型的不行逆過程，指出它所產(chǎn)生的成效不管用什么方法也不行能使系統(tǒng)完全恢復原狀，而不引起其他變化；請留意加著重號的語句：而不引起其他變化；比方，制冷機 如電冰箱 可以將熱量 q由低溫 t2 處 冰箱內(nèi) 向高溫 t1 處 冰箱外的外界 傳遞， 但此時外界對制冷機做了電功w而引起了變化， 并且高溫物體也多吸取了熱量q這是電能轉(zhuǎn)化而來的 ；這與克氏表述并不沖突；例 1 抱負氣體向真空自由膨脹 如圖 1 所示，容器被

5、中間的隔板分為體積相等的兩局部：a 局部盛有抱負氣體， b 局部為真空；現(xiàn)抽掉隔板，那么氣體就會自由膨脹而布滿整個容器；例 2 兩種抱負氣體的擴散混合 如圖 2 所示，兩種抱負氣體c 和 d被隔板隔開，具有相同的溫度和壓強；當中間的隔板抽去后，兩種氣體發(fā)生擴散而混合；例 3 焦耳的熱功當量試驗；這是一個不行逆過程；在試驗中，重物下降帶動葉片轉(zhuǎn)動而對水做功，使水的內(nèi)能增加；但是，我們不行能造出這樣一個機器： 在其循環(huán)動作中把一重物上升而同時使水冷卻而不引起外界變化；由此即可得熱力學其次定律的普朗克表述；再如焦耳 - 湯姆生 開爾文 多孔塞試驗中的節(jié)流過程和各種爆炸過程等都是不行逆過程；對上面所列

6、舉的不行逆過程以及自然界中其他不行逆過程， 我們完全能夠由某一過程的不行逆性證明出另一過程的不 可逆性，即自然界中的各種不行逆過程都是相互關聯(lián)的；我們可以選取任一個不行逆過程作為表述熱力學其次定律的根底；因此，熱力學其次定律就可以有多種不同的表達方式；但不管詳細的表達方式如何，熱力學其次定律的實質(zhì)在于指出：一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不行逆的，并指 出這些過程自發(fā)進行的方向；三、熱力學其次定律的統(tǒng)計意義熱現(xiàn)象是與大量分子無規(guī)那么熱運動相聯(lián)系的；我們以上述不行逆過程 如例 1 中抱負氣體的真空自由膨脹 為例， 來簡潔說明熱力學其次定律的統(tǒng)計意義；如圖 1 所示，拉開隔板后， a 局部的抱負

7、氣體將進入b 原為真空 中，從而布滿 a、b 整個空間；這個過程是不行逆的， 我們從沒有見過這種現(xiàn)象：氣體自動地由整個容器收縮到a 局部，而使 b 局部成為真空；這是為什么呢.設容器中有 1 個分子，它退回到 a 局部的幾率為 1/2; 設容器中有 2 個分子，它們?nèi)客嘶氐絘 局部的幾率為 1/22=1/4; 設容器中有 3 個分子，它們?nèi)客嘶豠 局部的幾率為1/23=1/8;設容器中有 1mol 某種抱負氣體 約 6.021023 個分子 ；打一個有趣的比如：假假設從動物園中逃出一只黑猩猩，溜進了運算機室，用爪子在鍵盤上亂按； 而將打印出的紙張按次序裝訂， 恰巧是一部數(shù)百萬字的巨著大英百

8、科全書； 上述幾率比這個笑話的幾率仍要小得不行比較；通過對上述簡潔例子的分析，事實上是有一般意義的，即熱力學其次定律的統(tǒng)計意義是：一個不受外界影響的孤立系 統(tǒng)，其內(nèi)部發(fā)生的過程，總是由幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)進行， 由包含微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)進行；四、熱力學其次定律的適用范疇(1) 熱力學其次定律是宏觀規(guī)律，對少量分子組成的微觀系統(tǒng)是不適用的；(2) 熱力學其次定律適用于絕熱系統(tǒng)或孤立系統(tǒng)，對于生命 體 開放系統(tǒng) 是不適用的；早在1851 年開爾文在表達熱力學其次定律時， 就曾特殊指明動物體并不像一架熱機一樣工作，熱力學其次定律只適用于無生命物質(zhì)；(3) 熱

9、力學其次定律是建筑在有限的空間和時間所觀看到的現(xiàn)象上， 不能被外推應用于整個宇宙；19 世紀后半期， 有些科學家錯誤地把熱力學其次定律應用到無限的、開放的宇宙，提出了所謂熱寂說；他們聲稱：將來總有一天，全宇宙都是要到達熱平穩(wěn)， 一切變化都將停止， 從而宇宙也將死亡；要使宇宙從平穩(wěn)狀態(tài)重新活動起來，只有靠外力的推動才行；這就會為上帝制造世界等唯心主義供應了所謂科學依據(jù)；熱寂說的荒唐，在于把無限的、開放的宇宙當做熱力學中所 說的孤立系統(tǒng)；熱力學中的孤立系統(tǒng)與無所不包、完全沒有 外界存在的整個宇宙是根本不同的；事實上，科學后來的開 展已經(jīng)供應了很多事實， 證明宇宙演化的過程不遵守熱力學其次定律； 正如恩格斯在 .自然辯證法 .中指出了熱寂說的謬誤；他依據(jù)物質(zhì)運動不滅的原理，深刻地指出：放射到太空中去的熱肯定有可能通過某種途徑