-熱力學(xué)第二定律

1、10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律10.4.1 熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述和克勞修斯表述熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述和克勞修斯表述PV1P2P1V2VOT1AT0Q即：即：1) 3) 不是熱機(jī)，系統(tǒng)可以從單不是熱機(jī)，系統(tǒng)可以從單一熱源吸熱并轉(zhuǎn)化為功一熱源吸熱并轉(zhuǎn)化為功(如右圖如右圖)1. 熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述其其 唯一效果唯一效果 是熱全部變成功的過(guò)程是不可能的。是熱全部變成功的過(guò)程是不可能的。2) 第二類永動(dòng)機(jī)造不成第二類永動(dòng)機(jī)造不成海水溫度降低海水溫度降低0.010C，夠用夠用1000年。年。 永動(dòng)的海輪！永動(dòng)的海輪！10-4

2、 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律1) 熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體2) 若外間有變化，熱量可以從低溫物體傳向高溫若外間有變化，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體物體2. 熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體，不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體，而不引起其變化而不引起其變化說(shuō)明說(shuō)明10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律 T1熱庫(kù)熱庫(kù)T2熱庫(kù)熱庫(kù)AQQ2Q2 +A Q2Q2T1熱庫(kù)熱庫(kù)T2熱庫(kù)熱庫(kù)1) 開(kāi)爾文表述不成立開(kāi)爾文表述不成立克勞修斯表述不

3、成立克勞修斯表述不成立3. 克勞修斯表述與開(kāi)爾文表述的等價(jià)性克勞修斯表述與開(kāi)爾文表述的等價(jià)性10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律Q2Q2T1熱庫(kù)熱庫(kù)T2熱庫(kù)熱庫(kù)Q2Q1AT1熱庫(kù)熱庫(kù)AQ1 - Q2T2熱庫(kù)熱庫(kù)開(kāi)爾文表述不成立開(kāi)爾文表述不成立2) 克勞修斯表述不成立克勞修斯表述不成立10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律AB10.4.2 可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程設(shè)在某一過(guò)程設(shè)在某一過(guò)程P中，系統(tǒng)從狀態(tài)中，系統(tǒng)從狀態(tài)A變化到狀變化到狀態(tài)態(tài)B。如果能使系統(tǒng)進(jìn)行逆向變化，從狀。如果能使系統(tǒng)進(jìn)行逆向變化，從狀態(tài)態(tài)B回復(fù)到初狀

4、態(tài)回復(fù)到初狀態(tài)A，而且在回復(fù)到初態(tài)，而且在回復(fù)到初態(tài)A時(shí)，周圍的一切也都各自恢復(fù)原狀，過(guò)程時(shí)，周圍的一切也都各自恢復(fù)原狀，過(guò)程P就稱為就稱為可逆過(guò)程可逆過(guò)程。如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)A，或者雖能，或者雖能回復(fù)到初態(tài)回復(fù)到初態(tài)A，但周圍一切不能恢復(fù)原狀，但周圍一切不能恢復(fù)原狀，那么過(guò)程那么過(guò)程P稱為稱為不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程。可逆機(jī)可逆機(jī)：可逆循環(huán)過(guò)程的熱機(jī)。：可逆循環(huán)過(guò)程的熱機(jī)。不可逆機(jī)不可逆機(jī)：不可逆循環(huán)對(duì)應(yīng)的熱機(jī)。：不可逆循環(huán)對(duì)應(yīng)的熱機(jī)。10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律 功熱轉(zhuǎn)換是不可逆的功熱轉(zhuǎn)換是不可逆的 -開(kāi)爾文表述開(kāi)爾文表述熱

5、二律說(shuō)明如下幾個(gè)過(guò)程為不可逆過(guò)程熱二律說(shuō)明如下幾個(gè)過(guò)程為不可逆過(guò)程 熱傳導(dǎo)不可逆性熱傳導(dǎo)不可逆性- 克勞修斯表述克勞修斯表述 T1 T2Q 氣體向真空中絕熱自由膨脹的過(guò)程是不可逆的氣體向真空中絕熱自由膨脹的過(guò)程是不可逆的10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律F氣體的絕熱自由膨脹氣體的絕熱自由膨脹系統(tǒng)復(fù)原后留下的痕跡為系統(tǒng)復(fù)原后留下的痕跡為AQ, 無(wú)法消除。無(wú)法消除。 10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律例：例：氣體快速膨脹做功氣體快速膨脹做功A1，外界壓縮氣體做功，外界壓縮氣體做功A21Ap V2Ap V一定有一定有A2A1, 外界

6、對(duì)氣體作了凈功外界對(duì)氣體作了凈功21AAVpVp含有非平衡因素的過(guò)程是不可逆的含有非平衡因素的過(guò)程是不可逆的出生出生 童年童年 少年少年 青年青年 中年中年 老年老年 八寶山八寶山 不可逆！不可逆！故快速做功過(guò)程為不可逆過(guò)程故快速做功過(guò)程為不可逆過(guò)程例：例：生命過(guò)程是不可逆的生命過(guò)程是不可逆的10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律 無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是可逆過(guò)程無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是可逆過(guò)程 自發(fā)過(guò)程（孤立系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程）具有方向性自發(fā)過(guò)程（孤立系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程）具有方向性10.4.3 熱力學(xué)第二定律的核心內(nèi)容和統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的核心內(nèi)容和統(tǒng)計(jì)意義從微觀上看，

7、為什么自發(fā)過(guò)程具有方向性呢從微觀上看，為什么自發(fā)過(guò)程具有方向性呢? 在不受外界影響時(shí)，定向形式的能量可以轉(zhuǎn)化為無(wú)規(guī)在不受外界影響時(shí)，定向形式的能量可以轉(zhuǎn)化為無(wú)規(guī)形式的能量，但相反過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)，這就是熱力學(xué)第形式的能量，但相反過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)，這就是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義二定律的統(tǒng)計(jì)意義一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的，這一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的，這是熱二律的本質(zhì)或核心是熱二律的本質(zhì)或核心10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律211TT211TT可 逆211TT不 可 逆10.4.4 卡諾定理卡諾定理 211TT1、在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的

8、低溫?zé)嵩粗g工作的、在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的低溫?zé)嵩粗g工作的一切可逆機(jī)，不論用什么工作物質(zhì)，效率相等。一切可逆機(jī)，不論用什么工作物質(zhì)，效率相等。2、在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的低溫?zé)嵩粗g工作的、在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆機(jī)的效率不可能高于可逆機(jī)的效率。一切不可逆機(jī)的效率不可能高于可逆機(jī)的效率。10-4 10-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第10章 熱力學(xué)定律證明證明:（1）采用反正法證明，采用反正法證明， 設(shè)有兩可逆機(jī)設(shè)有兩可逆機(jī) C、C 。12AQQ12AQQ121211() AAQQQQQQ22QQ設(shè)設(shè) 0AA0AA11QQT1熱庫(kù)熱庫(kù)T2熱庫(kù)熱庫(kù)1Q2QA1Q2QACC令令C 逆向循環(huán)逆向循環(huán)T1熱庫(kù)熱庫(kù)T2熱庫(kù)熱庫(kù)1Q2Q1Q2QA