大學(xué)物理熱力學(xué)定律

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

2、可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過(guò)程不一定都可以發(fā)生。自然過(guò)程是按一定方向進(jìn)行的。氣體自由膨脹會(huì)自動(dòng)發(fā)生氣體自動(dòng)收縮不會(huì)自動(dòng)發(fā)生功轉(zhuǎn)變成熱量會(huì)自動(dòng)發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會(huì)自動(dòng)發(fā)生6續(xù)上違背熱力學(xué)第一定律的過(guò)程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過(guò)程不一定都可以發(fā)生。自然的宏觀過(guò)程是按一定方向進(jìn)行的。功轉(zhuǎn)變成熱量會(huì)自動(dòng)發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會(huì)自動(dòng)發(fā)生熱量不可能自動(dòng)地由低溫物體傳向高溫物體。氣體的體積不可能自動(dòng)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(shí)際過(guò)程進(jìn)行方向的規(guī)律性將用熱力學(xué)第二定律來(lái)表述。6 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)末態(tài)后，如果還存在另一

3、過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原（即系統(tǒng)回到初態(tài)，又同時(shí)消除了原過(guò)程對(duì)外界引起的一切影響），則 原過(guò)程稱為可逆過(guò)可逆過(guò)程。程。(如如:無(wú)摩擦的單擺無(wú)摩擦的單擺) 由于摩擦等耗散因素的實(shí)際存在，不可能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原。因此有關(guān)熱現(xiàn)象的實(shí)際宏觀過(guò)程和非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程都是不可逆過(guò)程。要使過(guò)程可逆：1. 過(guò)程要無(wú)限緩慢進(jìn)行，即：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程；2. 沒有摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)末態(tài)后，如果不存在另一過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原過(guò)程稱為。 (如如:有摩擦的單擺有摩擦的單擺)可逆過(guò)程只是一種理想?？赡孢^(guò)程只是一種理想模型。無(wú)耗散的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程型。無(wú)耗散

4、的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可視為可逆過(guò)程。可視為可逆過(guò)程。(p111)堂上小議（1 1）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；（2 2）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；（3 3）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。結(jié)束選擇結(jié)束選擇請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說(shuō)法中哪一種是判斷下列說(shuō)法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接1（1 1）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；（2 2）準(zhǔn)靜過(guò)程

5、一定是可逆過(guò)程；）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；（3 3）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。結(jié)束選擇結(jié)束選擇請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說(shuō)法中哪一種是判斷下列說(shuō)法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接2（1 1）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；（2 2）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；（3 3）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)

6、和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。結(jié)束選擇結(jié)束選擇請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說(shuō)法中哪一種是判斷下列說(shuō)法中哪一種是不正確不正確的的小議鏈接3（1 1）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；（2 2）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；（3 3）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。結(jié)束選擇結(jié)束選擇請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案請(qǐng)?jiān)诜庞?/p>

7、狀態(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說(shuō)法中哪一種是判斷下列說(shuō)法中哪一種是不正確不正確的的（1 1）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；）可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜過(guò)程；（2 2）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；）準(zhǔn)靜過(guò)程一定是可逆過(guò)程；（3 3）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)）不可逆過(guò)程一定找不到另一個(gè)過(guò)程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。）非準(zhǔn)靜過(guò)程一定是不可逆過(guò)程。結(jié)束選擇結(jié)束選擇請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說(shuō)法中哪一種是判斷下列說(shuō)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(huì)自動(dòng)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?duì)系統(tǒng)作功，就屬“其它變化”。此表述說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性。等溫膨脹時(shí)系統(tǒng)體積增大亦屬“其它變化”。此述說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性。%企圖制造單一熱源且的熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)。開爾文另一表述為：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。并不違背熱力學(xué)第一定律，但違背熱力學(xué)第二定律。表述的等價(jià)性舉一個(gè)反證例子： 假如熱量可以自動(dòng)地從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?，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?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩醇傧氲淖詣?dòng)傳熱裝置卡諾熱機(jī)等價(jià)于高溫?zé)嵩吹蜏?/p>

9、熱源（但實(shí)際上是不可能的）凡例 熱力學(xué)第二定律不但在兩種表述上是等價(jià)的，而且它在表明一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程的不可逆性方面也是等價(jià)的。歷史上的兩種表述只是一種代表性的表述。用熱力學(xué)第二定律證明絕熱線與等溫線不能相交于兩點(diǎn)等溫線絕熱線若 圖上絕熱線與等溫線相交于兩點(diǎn)則可作一個(gè)由等溫膨脹和絕熱壓縮準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程組成的循環(huán)過(guò)程。 系統(tǒng)只從單一熱源（等溫過(guò)程接觸的恒定熱源）吸熱 。 完成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)對(duì)外作的凈功為 ，并一切恢復(fù)原狀。 這違背熱力學(xué)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(diǎn)。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(dǎo)熱傳導(dǎo) 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(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的程都是不可逆的 . 熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)無(wú)序無(wú)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(gè)理想的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)，是卡諾循環(huán)是一個(gè)理想的準(zhǔn)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(jī)循環(huán)效率時(shí)，提出了卡諾定理?？ㄖZ在研究熱機(jī)循環(huán)效率時(shí)，提出了卡諾定理。內(nèi)容：內(nèi)容：（2 2）在兩個(gè)給定（不同）溫度的熱源之間工作的）在兩個(gè)給定（不同）溫度的熱源之間工作的兩類熱機(jī)，不可逆