第11章 熱力學(xué)第二定律

第11章熱力學(xué)第二定律任何熱力學(xué)過程都必須滿足熱力學(xué)第一定律。但是，滿足熱力學(xué)第一定律的熱力學(xué)過程不一定都能發(fā)生。即宏觀的熱力學(xué)過程具有方向性，反方向的逆過程不可能自動(dòng)地進(jìn)行——熱力學(xué)第二定律解決的問題。熱力學(xué)第二定律是獨(dú)力于熱力學(xué)第一定律之外的另一條深刻的自然界的規(guī)律。海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案11.1自然過程的方向11.2不可逆性的互相依存11.3熱力學(xué)第二定律及其微觀意義11.4熱力學(xué)概率與自然過程的方向11.5玻耳茲曼熵公式與熵增加原理11.6可逆過程11.7克勞修斯熵公式海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案m——功熱轉(zhuǎn)換過程具有方向性。功熱轉(zhuǎn)換11.1自然過程的方向通過摩擦而使功變熱的過程是不可逆的或熱不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為功唯一效果是熱全部變成功的過程是不可能的。海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案熱傳導(dǎo)熱量由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。氣體的絕熱自由膨脹氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不可逆的。——非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過程是不可逆的一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的?！獰醾鬟f過程具有方向性。海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案11.2不可逆性的互相依存一種實(shí)際宏觀過程的不可逆性保證了另一種實(shí)際過程的不可逆性。一種實(shí)際宏觀過程的不可逆性消失，其它實(shí)際過程的不可逆性也隨之消失。舉例說明各種宏觀實(shí)際熱力學(xué)過程都是互相聯(lián)系或者互相依存。只要承認(rèn)其中之一的不可逆性，便可論證其它過程的不可逆性。海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案假設(shè)，熱可以全部轉(zhuǎn)變成有用功，這將導(dǎo)致熱可以自動(dòng)從低溫物體傳向高溫物體。假設(shè)，熱可以自動(dòng)從低溫物體傳向高溫物體，這將導(dǎo)致熱可以全部轉(zhuǎn)變成有用功。以上是：功變熱熱傳導(dǎo)氣體向真空中絕熱自由膨脹的不可逆性功變熱的不可逆性假設(shè)，熱可以全部轉(zhuǎn)變成功，這將導(dǎo)致氣體可以自動(dòng)壓縮。AT0QT0QT>T0T>T0T=常量，A=QTA所有宏觀過程的不可逆性都是等價(jià)的。單熱源熱機(jī)是不可能制成的。（熱機(jī)的工質(zhì)是做循環(huán)）TTTA反之，假設(shè)氣體可以自動(dòng)被壓縮必然導(dǎo)致，熱可以全部轉(zhuǎn)變成功等溫膨脹，吸熱對(duì)外作功氣體自動(dòng)被壓縮11.3熱力學(xué)第二定律及其微觀意義各種宏觀實(shí)際熱力學(xué)過程都是互相聯(lián)系或者互相依存。一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。任何一個(gè)實(shí)際過程進(jìn)行的方向的說明都可作為熱力學(xué)第二定律的表述。熱力學(xué)第二定律的表述克勞修斯表述Clausiusstatement（1850年提出）：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案開爾文表述Kelvinstatement：即不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸取熱量，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)化為功的過程是不可能的。單熱源熱機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)）是不可能制造的。熱力學(xué)第二定律的兩種表述形式是等效的，若其中一種說法成立，則另一種說法也成立；反之亦然。海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案熱力學(xué)第二定律的微觀意義：從微觀上看，任何熱力學(xué)過程總包含大量分子的無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。熱傳導(dǎo)：是倆物體分子平動(dòng)動(dòng)能不同的較為有序的狀態(tài)向倆物體分子平動(dòng)動(dòng)能完全相同的無序狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，這是可能的。反之是不可能的。

功熱轉(zhuǎn)換：是大量分子的有序運(yùn)動(dòng)（整體運(yùn)動(dòng)）向無序運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，這是可能的。反之是不可能的。

海南大學(xué)－大學(xué)物理電子教案氣體自由膨脹：是氣體分子整體從占有較小空間的初態(tài)向占有較大空間的末態(tài)（分子位置較初態(tài)更為無序）的轉(zhuǎn)化，這是可能的。反之是不可能的。自然過程的方向：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)