高二物理競賽課件：熱力學第二定律

第六章熱力學基礎(chǔ)§6-4熱力學第二定律開爾文

(1824～1907英國)克勞修斯

(1822～1888)2復習等體過程

(V=Const.)

等壓過程(p=Const.)

等溫過程(T=Const.)

（直接）(Mayer公式)絕熱過程3復習循環(huán)過程：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)/熱機冷循環(huán)致冷機系統(tǒng)從高溫庫Q1吸熱，對外做功，向低溫庫Q2放熱。系統(tǒng)從低溫庫Q2吸熱，接受外界做功，向高溫庫Q1放熱。4復習卡諾循環(huán)：系統(tǒng)只和兩個恒溫熱庫進行熱交換的準靜態(tài)循環(huán)。正循環(huán)逆循環(huán)56.熱力學基礎(chǔ)6.1熱力學第零定律和第一定律6.2熱力學第一定律對理想氣體準靜態(tài)過程的應用6.3循環(huán)過程卡諾循環(huán)6.4熱力學第二定律6.5可逆過程與不可逆過程卡諾定理6.6

熵玻爾茲曼關(guān)系6.7熵增加原理熱力學第二定律的統(tǒng)計意義6.8*耗散結(jié)構(gòu)信息熵熱力學第二定律兩種表述的等價性6自然過程的方向性問題：一切熱力學過程都應該滿足能量守恒。滿足能量守恒的過程都能進行嗎？

熱力學第二定律告訴我們：過程的進行還有個方向性的問題，滿足能量守恒的過程不一定都能進行。7自然過程的實例11.功熱轉(zhuǎn)換的方向性

功→熱可自動進行(如摩擦生熱、焦耳實驗)熱→功不可自動進行(焦耳實驗中，不可能水溫自動降低推動葉片而使重物升高)∴

“熱自動地轉(zhuǎn)換為功的過程不可能發(fā)生”，

“通過摩擦而使功變熱的過程是不可逆的”，

“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械能(功)的過程是不可能發(fā)生的”。熱機：把熱轉(zhuǎn)變成了功，但有其它變化(熱量從高溫熱源傳給了低溫熱源)。8自然過程的實例22.熱傳導的方向性

熱量可以自動地從高溫物體傳向低溫物體，但相反的過程卻不能發(fā)生。

“熱量不可能自動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程是不可能發(fā)生的”。致冷機：要通過外界做功才能把熱量從低溫熱庫傳向高溫熱庫，

熱量不是自動地由低溫物體傳向高溫物體。9自然過程的實例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程是不可逆的”生命過程是不可逆的：出生→童年→少年→青年→中年→老年→…

“一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的”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的方向性也消失相互依存：一種過程的方向性存在(或消失)，則另一過程的方向性也存在(或消失)。各種實際宏觀過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地通過某種假想裝置全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。功又可轉(zhuǎn)換為熱.熱量可從低溫庫傳到高溫庫。熱傳導的方向性也消失11不可逆性的相互依存1.若

功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失

則

熱傳導的方向性也消失功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失熱可以自動地通過某種假想裝置全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。功又可轉(zhuǎn)換為熱.熱量可從低溫庫傳到高溫庫。熱傳導的方向性也消失相互依存：一種過程的方向性存在(或消失)，則另一過程的方向性也存在(或消失)。各種實際宏觀過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.若熱傳導的方向性消失則功熱轉(zhuǎn)換的方向性也消失13熱力學第二定律

開爾文：（1851年）不可能制成一種循環(huán)動作的熱機，只從一個熱源吸取熱量，

使之全部變?yōu)橛杏玫墓Γ渌矬w不發(fā)生任何變化。其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的。如結(jié)合熱機，開爾文說法的意義：第二類永動機是不可能制成的。

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

的微觀意義1、功熱轉(zhuǎn)換

在功熱轉(zhuǎn)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。從微觀上說，熱力學第二定律是反映大量分子運動的無序程度變化的規(guī)律。功機械能有序運動熱內(nèi)能無序運動16熱力學第二定律

的微觀意義2、熱傳導

由于熱傳導，大量分子運動的無序性增大了。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。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。從微觀上說，熱力學第二定律是反映大量分子運動的無序程度變化的規(guī)律。17熱力學第二定律

的微觀意義2、氣體絕熱自由膨脹

一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行。初態(tài)：分子占據(jù)較小空間。末態(tài)：分子占據(jù)較大空間，分子的運動狀態(tài)

(分子的位置分布)更加無序了。下面引入一個重要概念(可逆過程

)和一個重要定理(卡諾定理

)。

從微觀上說，熱力學第二定律是反映大量分子運動的無序程度變化的規(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