高二物理競賽熱力學第二定理課件

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開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變?yōu)楣Γ灰鹌渌魏巫兓?/p>

.（第二類永動機造不成。）

熱力學第二定律的提出1

功熱轉換的條件第一定律無法說明.2

熱傳導、氣體自由膨脹的方向性問題第一定律無法說明.

一熱力學第二定律的兩種表述

說明功熱轉換的方向性。滿足能量守恒（熱一律）的過程一定能實現(xiàn)嗎？

等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，但氣體體積膨脹了，即對外界造成了影響。12A

A低溫熱源高溫熱源卡諾熱機AABCD

卡諾循環(huán)需兩個熱源，使外界發(fā)生變化，且效率不可能等于一

雖然卡諾致冷機能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化.2克勞修斯說法：熱量不可能自動從低溫物體傳到高溫物體而不引起外界的變化.高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機AABCD說明熱量傳遞的方向性。注意

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熱力學第二定律是大量實驗和經(jīng)驗的總結.3熱力學第二定律開爾文說法與克勞修斯說法具有等效性.2熱力學第二定律可有多種說法，但每一種說法都反映了自然界過程進行的方向性.熱機高溫熱源（T1）低溫熱源（T2）Q1Q1+Q2制冷機

高溫熱源（T2）低溫熱源（T1）Q2Q2Q2A反證法：違反了Kelvin表述也就違反了Clausius表述

兩種表述的等價性=Q1Q1Q1熱機反證法：違反了Clausius表述也就違反了Kelvin表述。高溫熱源（T1）低溫熱源（T2）Q1-Q2熱機低溫熱源（T2）Q1Q2A=Q1-Q2因此，各種自然界熱過程的方向性是相互關聯(lián)的。這些過程都具有單向性，都是不可逆過程。A=Q1-Q2（若）系統(tǒng)（狀態(tài)）A（狀態(tài)）B過程I（狀態(tài)）A（狀態(tài)）B過程II外界復原過程I為可逆過程（II為I的逆過程；互為逆過程）二可逆過程與不可逆過程過程I為不可逆過程“復原”包括:(a)I對外界無影響，II須無影響

(b)I對外界有影響，II須消除此影響否則：（1）若找不到I的逆過程（2）能找到I的逆過程，但外界不能復原。如：瓷瓶被摔碎；

非準靜態(tài)過程為不可逆過程.準靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

準靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程.

可逆過程的條件

可逆過程只是一種理想的模型，自然界一切實際宏觀過程都是不可逆的。高山流水人生旅途彈炸屋飛非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體

熱傳導

熱功轉換完全功不完全熱

自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀自發(fā)過程都是單向的、不可逆的.

熱力學第二定律的實質無序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

1）

卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)。在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作的任意工作物質的可逆機都具有相同的效率.

三卡諾定理

2）工作在相同的高溫熱源和低溫熱源之間的一切不可逆機的效率都不可能大于可逆機的效率.卡諾定理告訴人們提高熱機效率的兩個原則：（1）盡量使熱機經(jīng)歷的循環(huán)接近于可逆循環(huán)；（2）盡可能提高高溫熱源的溫度，降低低溫熱源的溫度。(不可逆機)（可逆機）1）熱二律的統(tǒng)計解釋一熱二律的統(tǒng)計意義

“自然界的一切過程都是向著微觀狀態(tài)數(shù)大的方向進行的”。---波爾茲曼----這就是熱律學第二定律的統(tǒng)計意義。1.功熱轉換

功

熱機械能內(nèi)能有序運動無序運動在功熱轉換的過程中，自然過程總是沿著使大量分子從有序狀態(tài)向無序狀態(tài)的方向進行。

末態(tài)：分子占據(jù)較大空間，分子的運動狀態(tài)(分子的位置分布)更加無序了。2.氣體絕熱自由膨脹初態(tài)：分子占據(jù)較小空間末態(tài)：兩物體溫度相同，此時已不能按分子的平均動能的大小來區(qū)分兩物體。3.熱傳導初態(tài)：兩物體溫度不同，此時尚能按分子的平均動能的大小來區(qū)分兩物體。說明：由于熱傳導，大量分子運動的無序性增大了。定義：某系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的熵其中：為波爾茲曼常數(shù)為系統(tǒng)此時的微觀狀態(tài)數(shù)熵是狀態(tài)量二熵及熵的增加原理描述系統(tǒng)無序度的物理量。對一個孤立系統(tǒng)發(fā)生的過程總是從微觀狀態(tài)數(shù)小的狀態(tài)變化到大的狀態(tài)。（）當狀態(tài)由狀態(tài)‘