高二物理竞赛热力学第二定理课件.ppt

第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 1 开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为功，而不引起其它任何变化 .（第二类永动机造不成 热力学第二定律的提出1 功热转换的条件第一定律无法说明. 2 热传导、气体自由膨胀的方向性问题第一定律无法说明. 一 热力学第二定律的两种表述 说明功热转换的方向性满足能量守恒（热一律）的过程一定能实现吗？第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，但气体体积膨胀了，即对外界造成了影响12A A低温热源高温热源卡诺热机AABCD 卡诺循环需两个热源，使外界发生变化，且效率不可能等于一第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化 . 2 克劳修斯说法：热量不可能自动从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化 .高温热源低温热源卡诺致冷机AABCD说明热量传递的方向性第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理注 意 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. 3 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性 . 2 热力学第二定律可有多种说法，但每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性 . 第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理热机 高温热源（T1）低温热源（T2）Q1Q1+Q2制冷机 高温热源（T2）低温热源（T1）Q2Q2Q2A反证法：违反了Kelvin 表述也就违反了Clausius表述 两种表述的等价性=Q1第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理Q1Q1热机 反证法：违反了Clausius 表述也就违反了Kelvin表述。

高温热源（T1）低温热源（T2）Q1-Q2热机低温热源（T2）Q1Q2A=Q1-Q2因此，各种自然界热过程的方向性是相互关联的这些过程都具有单向性，都是不可逆过程A=Q1-Q2第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理（若）系统（状态）A（状态）B过程 I（状态）A（状态）B过程 II外界复原外界复原过程 I为可逆过程（II 为 I 的逆过程；互为逆过程）二 可逆过程与不可逆过程过程 I 为不可逆过程“复原复原”包括: (a)I对外界无影响，II须无影响 (b)I对外界有影响，II须消除此影响否则：（1）若找不到 I 的逆过程（2）能找到 I 的逆过程，但外界不能复原如：瓷瓶被摔碎瓷瓶被摔碎；第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 非准静态过程为不可逆过程 .准静态无摩擦过程为可逆过程第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程 . 可逆过程的条件 可逆过程只是一种理想的模型，自然界一切实际宏观过程都是不可逆的高山流水人生旅途弹炸屋飞第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理非自发传热自发传热高温物体低温物体 热传导 热功转换完全功不完全热 自然界一切与热现象有关的实际宏观自发过程都是单向的、不可逆的 . 热力学第二定律的实质无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理 1） 卡诺循环是可逆循环。

在相同高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机都具有相同的效率 . 三 卡诺定理 2） 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率 .第七章热力学基础7.5 热力学第二定律的表述 卡诺定理卡诺定理告诉人们提高热机效率的两个原则：（1）尽量使热机经历的循环接近于可逆循环；（2）尽可能提高高温热源的温度，降低低温 热源的温度 不可逆机 )（可逆机）第七章热力学基础7.6 熵 热二律的统计意义1）热二律的统计解释一 热二律的统计意义 “自然界的一切过程都是向着微观状态数大的方向进行的”波尔兹曼-这就是热律学第二定律的统计意义第七章热力学基础7.6 熵 热二律的统计意义1. 功热转换 功 热 机械能 内能 有序运动 无序运动在功热转换的过程中，自然过程总是沿着使大量分子从有序状态向无序状态的方向进行 末态：分子占据较大空间，分子的运动状态(分子的位置分布)更加无序了2. 气体绝热自由膨胀初态：分子占据较小空间第七章热力学基础7.6 熵 热二律的统计意义末态：两物体温度相同，此时已不能按分子的平均动能的大小来区分两物体 3. 热传导初态：两物体温度不同，此时尚能按分子的平均动能的大小来区分两物体。

说明：由于热传导，大量分子运动的无序性增大了第七章热力学基础7.6 熵 热二律的统计意义定义：某系统宏观状态的熵其中：为波尔兹曼常数为系统此时的微观状态数熵是状态量二 熵及熵的增加原理描述系统无序度的物理量第七章热力学基础7.6 熵 热二律的统计意义对一个孤立系统发生的过程总是从微观状态数小的状态变化到大的状态 ）当状态由状态1变化到状态2时系统的熵增量平衡态A 平衡态B （熵不变）可逆过程非平衡态平衡态（熵增加） 不可逆过程自发过程熵增加原理：在一个孤立系统（或绝热系统）可能发生的过程是熵增加或保持不变的过程。