大學物理熱力學定律

1、熱力學第二定律本章內(nèi)容contentschapter 5熱力學第二定律熱力學第二定律second law of thermodynamics 卡諾定理卡諾定理引言違背熱力學第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。高溫物體低溫物體q q高溫物體低溫物體q q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生6續(xù)上違背熱力學第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。高溫物體低溫物體q q高溫物體低溫物體q q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生6續(xù)上違背熱力學第一定律的過程都不

2、可能發(fā)生。不違背熱力學第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生6續(xù)上違背熱力學第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然的宏觀過程是按一定方向進行的。功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生熱量不可能自動地由低溫物體傳向高溫物體。氣體的體積不可能自動地等溫縮小。熱量不可能在不引起其它變化的條件下而全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?各種實際過程進行方向的規(guī)律性將用熱力學第二定律來表述。6 一個熱力學系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達末態(tài)后，如果還存在另一

3、過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復原（即系統(tǒng)回到初態(tài)，又同時消除了原過程對外界引起的一切影響），則 原過程稱為可逆過可逆過程。程。(如如:無摩擦的單擺無摩擦的單擺) 由于摩擦等耗散因素的實際存在，不可能使系統(tǒng)和外界完全復原。因此有關熱現(xiàn)象的實際宏觀過程和非準靜態(tài)過程都是不可逆過程。要使過程可逆：1. 過程要無限緩慢進行，即：準靜態(tài)過程；2. 沒有摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功 一個熱力學系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達末態(tài)后，如果不存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復原，則原過程稱為。 (如如:有摩擦的單擺有摩擦的單擺)可逆過程只是一種理想模可逆過程只是一種理想模型。無耗散的準靜態(tài)過程型。無耗散

4、的準靜態(tài)過程可視為可逆過程?？梢暈榭赡孢^程。(p111)堂上小議（1 1）可逆過程一定是準靜過程；）可逆過程一定是準靜過程；（2 2）準靜過程一定是可逆過程；）準靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個過）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4 4）非準靜過程一定是不可逆過程。）非準靜過程一定是不可逆過程。結束選擇結束選擇請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是判斷下列說法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接1（1 1）可逆過程一定是準靜過程；）可逆過程一定是準靜過程；（2 2）準靜過程

5、一定是可逆過程；）準靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個過）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4 4）非準靜過程一定是不可逆過程。）非準靜過程一定是不可逆過程。結束選擇結束選擇請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是判斷下列說法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接2（1 1）可逆過程一定是準靜過程；）可逆過程一定是準靜過程；（2 2）準靜過程一定是可逆過程；）準靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個過）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；程使系統(tǒng)

6、和外界完全復原；（4 4）非準靜過程一定是不可逆過程。）非準靜過程一定是不可逆過程。結束選擇結束選擇請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是判斷下列說法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接3（1 1）可逆過程一定是準靜過程；）可逆過程一定是準靜過程；（2 2）準靜過程一定是可逆過程；）準靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個過）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4 4）非準靜過程一定是不可逆過程。）非準靜過程一定是不可逆過程。結束選擇結束選擇請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案請在放映

7、狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是判斷下列說法中哪一種是不正確不正確的的（1 1）可逆過程一定是準靜過程；）可逆過程一定是準靜過程；（2 2）準靜過程一定是可逆過程；）準靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個過）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4 4）非準靜過程一定是不可逆過程。）非準靜過程一定是不可逆過程。結束選擇結束選擇請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是判斷下列說法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接4定律的兩種表述 不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引

8、起其它變化（即熱量不會自動地從低溫物體傳到高溫物體）。 不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?。外界需對系統(tǒng)作功，就屬“其它變化”。此表述說明熱傳導過程的不可逆性。等溫膨脹時系統(tǒng)體積增大亦屬“其它變化”。此述說明功變熱過程的不可逆性。%企圖制造單一熱源且的熱機稱為第二類永動機第二類永動機。開爾文另一表述為：第二類永動機是不可能造成的。并不違背熱力學第一定律，但違背熱力學第二定律。表述的等價性舉一個反證例子： 假如熱量可以自動地從低溫熱源傳向高溫熱源，就有可能從單一熱源吸取熱量使之全部變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?。高溫熱源低溫熱源假想的自動傳熱裝置卡諾熱機等價于高溫熱源低溫

9、熱源（但實際上是不可能的）凡例 熱力學第二定律不但在兩種表述上是等價的，而且它在表明一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程的不可逆性方面也是等價的。歷史上的兩種表述只是一種代表性的表述。用熱力學第二定律證明絕熱線與等溫線不能相交于兩點等溫線絕熱線若 圖上絕熱線與等溫線相交于兩點則可作一個由等溫膨脹和絕熱壓縮準靜態(tài)過程組成的循環(huán)過程。 系統(tǒng)只從單一熱源（等溫過程接觸的恒定熱源）吸熱 。 完成一個循環(huán)系統(tǒng)對外作的凈功為 ，并一切恢復原狀。 這違背熱力學第二定律的開爾文表述，故絕熱線與等溫線不能相交于兩點。非非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體 熱傳導熱傳導 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換完

10、全完全功功不不完全完全熱熱 自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的程都是不可逆的 . 熱力學第二定律的熱力學第二定律的實質(zhì)實質(zhì)無序無序有序有序自發(fā)自發(fā)非均勻、非平衡非均勻、非平衡均勻、平衡均勻、平衡自發(fā)自發(fā)可用第二定律證明之，略?？捎玫诙勺C明之，略。 卡諾循環(huán)是一個理想的準靜態(tài)循環(huán)，是卡諾循環(huán)是一個理想的準靜態(tài)循環(huán)，是可逆循環(huán)可逆循環(huán)。它由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環(huán)。它由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環(huán)?？ㄖZ在研究熱機循環(huán)效率時，提出了卡諾定理?？ㄖZ在研究熱機循環(huán)效率時，提出了卡諾定理。內(nèi)容：內(nèi)容：（2 2）在兩個給定（不同）溫度的熱源之間工作的）在兩個給定（不同）溫度的熱源之間工作的兩類熱機，不可逆