高二物理競(jìng)賽課件：熱力學(xué)第二定律

第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)§6-4熱力學(xué)第二定律開(kāi)爾文

(1824～1907英國(guó))克勞修斯

(1822～1888)2復(fù)習(xí)等體過(guò)程

(V=Const.)

等壓過(guò)程(p=Const.)

等溫過(guò)程(T=Const.)

（直接）(Mayer公式)絕熱過(guò)程3復(fù)習(xí)循環(huán)過(guò)程：物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列的變化狀態(tài)又回到初始狀態(tài)。熱循環(huán)/熱機(jī)冷循環(huán)致冷機(jī)系統(tǒng)從高溫庫(kù)Q1吸熱，對(duì)外做功，向低溫庫(kù)Q2放熱。系統(tǒng)從低溫庫(kù)Q2吸熱，接受外界做功，向高溫庫(kù)Q1放熱。4復(fù)習(xí)卡諾循環(huán)：系統(tǒng)只和兩個(gè)恒溫?zé)釒?kù)進(jìn)行熱交換的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)。正循環(huán)逆循環(huán)56.熱力學(xué)基礎(chǔ)6.1熱力學(xué)第零定律和第一定律6.2熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的應(yīng)用6.3循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)6.4熱力學(xué)第二定律6.5可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程卡諾定理6.6

熵玻爾茲曼關(guān)系6.7熵增加原理熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義6.8*耗散結(jié)構(gòu)信息熵?zé)崃W(xué)第二定律兩種表述的等價(jià)性6自然過(guò)程的方向性問(wèn)題：一切熱力學(xué)過(guò)程都應(yīng)該滿足能量守恒。滿足能量守恒的過(guò)程都能進(jìn)行嗎？

熱力學(xué)第二定律告訴我們：過(guò)程的進(jìn)行還有個(gè)方向性的問(wèn)題，滿足能量守恒的過(guò)程不一定都能進(jìn)行。7自然過(guò)程的實(shí)例11.功熱轉(zhuǎn)換的方向性

功→熱可自動(dòng)進(jìn)行(如摩擦生熱、焦耳實(shí)驗(yàn))熱→功不可自動(dòng)進(jìn)行(焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動(dòng)降低推動(dòng)葉片而使重物升高)∴

“熱自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為功的過(guò)程不可能發(fā)生”，

“通過(guò)摩擦而使功變熱的過(guò)程是不可逆的”，

“其唯一效果(指不引起其它變化)是一定量的內(nèi)能(熱)全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能(功)的過(guò)程是不可能發(fā)生的”。熱機(jī)：把熱轉(zhuǎn)變成了功，但有其它變化(熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o了低溫?zé)嵩?。8自然過(guò)程的實(shí)例22.熱傳導(dǎo)的方向性

熱量可以自動(dòng)地從高溫物體傳向低溫物體，但相反的過(guò)程卻不能發(fā)生。

“熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體?！?/p>

“其唯一效果是熱量從低溫物體傳向高溫物體的過(guò)程是不可能發(fā)生的”。致冷機(jī)：要通過(guò)外界做功才能把熱量從低溫?zé)釒?kù)傳向高溫?zé)釒?kù)，

熱量不是自動(dòng)地由低溫物體傳向高溫物體。9自然過(guò)程的實(shí)例33.氣體絕熱自由膨脹的方向性

“氣體向真空中絕熱自由膨脹的過(guò)程是不可逆的”生命過(guò)程是不可逆的：出生→童年→少年→青年→中年→老年→…

“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”10不可逆性的相互依存1.若功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失則熱傳導(dǎo)的方向性也消失相互依存：一種過(guò)程的方向性存在(或消失)，則另一過(guò)程的方向性也存在(或消失)。各種實(shí)際宏觀過(guò)程的方向性都是相互溝通的

(不可逆性相互依存)

功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失熱可以自動(dòng)地通過(guò)某種假想裝置全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α９τ挚赊D(zhuǎn)換為熱.熱量可從低溫庫(kù)傳到高溫庫(kù)。熱傳導(dǎo)的方向性也消失11不可逆性的相互依存1.若

功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失

則

熱傳導(dǎo)的方向性也消失功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失熱可以自動(dòng)地通過(guò)某種假想裝置全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。功又可轉(zhuǎn)換為熱.熱量可從低溫庫(kù)傳到高溫庫(kù)。熱傳導(dǎo)的方向性也消失相互依存：一種過(guò)程的方向性存在(或消失)，則另一過(guò)程的方向性也存在(或消失)。各種實(shí)際宏觀過(guò)程的方向性都是相互溝通的

(不可逆性相互依存)

12不可逆性的相互依存2.若熱傳導(dǎo)的方向性消失則功熱轉(zhuǎn)換的方向性也消失13熱力學(xué)第二定律

開(kāi)爾文：（1851年）不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從一個(gè)熱源吸取熱量，

使之全部變?yōu)橛杏玫墓?，而其他物體不發(fā)生任何變化。其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^(guò)程是不可能的。如結(jié)合熱機(jī)，開(kāi)爾文說(shuō)法的意義：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。

(又稱單熱源熱機(jī)，其效率=100%，即熱量全部轉(zhuǎn)變成了功。)克勞修斯：（1850年）熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。第一類永動(dòng)機(jī)：不需要能量輸入而能繼續(xù)做功的機(jī)器。第二類永動(dòng)機(jī)：有能量輸入的單熱源熱機(jī)。14若克勞修斯說(shuō)法不成立，則開(kāi)爾文說(shuō)法也不成立。若開(kāi)爾文說(shuō)法不成立，則克勞修斯說(shuō)法也不成立。15熱力學(xué)第二定律

的微觀意義1、功熱轉(zhuǎn)換

在功熱轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，自然過(guò)程總是沿著使大量分子從有序狀態(tài)向無(wú)序狀態(tài)的方向進(jìn)行。從微觀上說(shuō)，熱力學(xué)第二定律是反映大量分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度變化的規(guī)律。功機(jī)械能有序運(yùn)動(dòng)熱內(nèi)能無(wú)序運(yùn)動(dòng)16熱力學(xué)第二定律

的微觀意義2、熱傳導(dǎo)

由于熱傳導(dǎo)，大量分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大了。初態(tài)：兩物體溫度不同，此時(shí)尚能按分子的平均動(dòng)能的大小來(lái)區(qū)分兩物體。末態(tài)：兩物體溫度相同，此時(shí)已不能按分子的平均動(dòng)能的大小來(lái)區(qū)分兩物體。從微觀上說(shuō)，熱力學(xué)第二定律是反映大量分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度變化的規(guī)律。17熱力學(xué)第二定律

的微觀意義2、氣體絕熱自由膨脹

一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。初態(tài)：分子占據(jù)較小空間。末態(tài)：分子占據(jù)較大空間，分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

(分子的位置分布)更加無(wú)序了。下面引入一個(gè)重要概念(可逆過(guò)程

)和一個(gè)重要定理(卡諾定理

)。

從微觀上說(shuō)，熱力學(xué)第二定律是反映大量分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度變化的規(guī)律。18例題6-6試證：在p-V圖上兩條絕熱線不能相交。ⅠⅡpVAⅢ解：假設(shè)兩條絕熱線I與II在p-V圖上相交于一點(diǎn)