《熱力學(xué)第二定律》

第十章熱力學(xué)定律§10.4熱力學(xué)第二定律將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同．熱傳導(dǎo)具有方向性將燒紅的鐵塊投入水中，有沒有可能出現(xiàn)鐵塊溫度更高，水的溫度更低的結(jié)果？擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性B瓶中的氣體能否自發(fā)的回到A瓶中，重新變?yōu)檎婵諣顟B(tài)？散開的墨水顆粒能否自發(fā)的聚集在一起，成為一滴墨水，其余部分由變成清水？××機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來.在這個(gè)過程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高.能否看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的物體,靠降低溫度,可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來？？×氣體膨脹具有方向性思考:有沒有這樣的“逆過程”:從瓶中沖出去的氣體又自動(dòng)回到瓶中,

瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了將瓶塞沖開時(shí)的壓強(qiáng).

×熱力學(xué)第二定律實(shí)際的熱現(xiàn)象都有特地的方向性,相反的過程雖不違背能量守恒定律,也不會(huì)自發(fā)的進(jìn)行.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的.在物理學(xué)中,反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.思考:熱量是否無法從低溫物體傳向高溫物體？可以從低溫物體傳向高溫物體，但是不能自發(fā)，需要外界對(duì)其做功.熱力學(xué)第二定律說明：(1)克勞修斯表述中強(qiáng)調(diào)了“在不引起其它的變化的條件下，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。”

(2)如果允許“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，而致冷機(jī)做功就屬于“其它變化”.(3)如果設(shè)想克勞修斯表述不成立,即在無任何外界做功的情況下,熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?按此設(shè)想就可制成一種無功致冷機(jī),如圖所示，它無需消耗功就能致冷.克勞修斯表述否定了這種可能性.熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的開爾文表述:不可能從單一熱庫吸收,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響.熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置氣缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量Q1推動(dòng)活塞做功W排出廢氣，同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中。Q1=W+Q2熱機(jī)效率η=W/Q1熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%！機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能!熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的開爾文表述:不可能從單一熱庫吸收,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響.第二類永動(dòng)機(jī)冷凝器違背了熱力學(xué)第二定律說明：(1)開爾文表述否定了第二類永動(dòng)機(jī)的可能性。歷史上曾有人企圖制造“一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ幌虻蜏責(zé)嵩捶懦鰺崃?，或者說不引起其它變化。”這種熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)或單熱源熱機(jī)，其效率η=100%。雖然它不違背熱力學(xué)第一定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文表述.熱力學(xué)第二定律(2)開爾文表述中強(qiáng)調(diào)了“在不產(chǎn)生其他影響的條件下,'熱'不能全部變?yōu)?功'.如果允許“其他影響”發(fā)生，熱可以全部變?yōu)楣?例如:氣缸中理想氣體作等溫膨脹時(shí),氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕韺?duì)外做功.但氣體“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化,它不能循環(huán)動(dòng)作返回原狀態(tài).克勞修斯:按熱傳遞的方向性來表述開爾文:按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述.兩種表述的實(shí)質(zhì)任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述.熱力學(xué)第二定律可表述為:氣體向真空的自由膨脹是不可逆的×第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有方向性；其他表述:開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述

Q1──熱機(jī)從T1吸熱A──熱機(jī)輸出功Q2──熱機(jī)從T2吸熱Q1+Q2──致冷機(jī)向T1放熱如果開爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果相當(dāng)于一個(gè)無功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立.熱力學(xué)第二定律(可用反證法證明)兩種表述是等價(jià)的開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性熱力學(xué)第二定律(可用反證法證明)兩種表述是等價(jià)的T2──低溫?zé)嵩碤2──熱量通過假想裝置自動(dòng)地從T2傳向T1Q1──卡諾熱機(jī)從T1吸熱A──卡諾熱機(jī)對(duì)外作功如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個(gè)無功致冷機(jī)，將它同另一個(gè)熱機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱源熱機(jī)，即開爾文表述也不成立.小結(jié)熱力學(xué)第二定律的兩種表述：不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.開爾文表述：克勞修斯表述：按熱傳遞的方向性來表述按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述熱機(jī)效率不可能100%兩類永動(dòng)機(jī)的比較：第一類永動(dòng)機(jī):一種不消耗任何能量但可以源源不斷輸出動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī):只有單一熱源，從單一熱源吸收熱量全部用來做功的熱機(jī)違背能量守恒定律違背熱力學(xué)第二定律下列說法正確的是（）A.在自然條件下,熱傳遞的過程是不可逆的B.氣體的擴(kuò)散過程具有方向性C.熱量能自發(fā)地由高溫物體傳遞給低溫物體D.一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性ABC提升練習(xí)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（）A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其它變化B.沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功,

而不引起其它的變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的C.制冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它的變化D.不可能使熱量由低溫物體傳遞給高溫物體,而不引起其它的變化AD不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功不可能使熱量由低溫物體傳遞給高溫物體判

斷（理想氣體受熱緩慢自由膨脹過程，但會(huì)產(chǎn)生其它影響）(不能自發(fā)地，但可以通過做功實(shí)現(xiàn))根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，可知下列說法中正確的是（）A.我們可以利用高科技手段,將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用二部引起其它變化B.利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可以行的C.分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D.溫度升高時(shí),物體中每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都將增大BD提升練習(xí)根據(jù)熱力學(xué)第二定律