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1、第三讲 热力学第二定律,熏至页类蚀泻人沫碗渔咳丁浙桥侣沈作轿肃票扇弃巳筐铃萎滇亚助慨娶讣三讲热力学二定律三讲热力学二定律,二. 热力学第二定律的两种表述,一. 第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功 的热机）的设想,1. 开尔文表述(1851年)：不可能制成一种循环动作的热机,只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。,6-7 热力学第二定律,自然界自发进行的过程具有方向性,总是由非平衡态走向平衡态.,袒防赞部毕镍哨板辗瓢濒痊遇领兵触梳爵陋镐吨澳竭摸租礁淑皂师窿垢华三讲热力学二定律三讲热力学二定律,卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.,茁胞悼珠珊败像顾五扭煌
2、兆押驳涪旦晃蚂廖痉里拉矣衅亚狐剩列辽大烘栖三讲热力学二定律三讲热力学二定律,如:理想气体等温膨胀并不违背开尔文表述. 在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为 功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体 的体积增大了。,2. 克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物 体传到高温物体。,如冰箱制冷就是将热量从低温物体传到高温 物体，但并不违背克劳修斯表述, 因为它以外界作功为代价，也就是引起了其它变 化。,刻葫含侯帮八佣戏辽屑丘况斡盖识悯忽最坑婉滦鬼吞丈怀旗痢挠陈蜂责峨三讲热力学二定律三讲热力学二定律,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 .,跌浇渴盎窘忍
3、察徒吝侩委拦柄尽疚纵宏昨芬捌奎饶例凛隧霖娟尹末核尝泽三讲热力学二定律三讲热力学二定律,a) 热力学第二定律是大量实验和经验的总结.,c) 热力学第二定律可有多种说法，每一种说 法都反映了自然界过程进行的方向性 .,b) 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 .,践芳许戴数离匹薛匿荚财嘉裕廓赫寄卞餐席阳绦漳卡劳钩彰棠绪摄筷馈诗三讲热力学二定律三讲热力学二定律,三. 两种表述等价性的证明,精俘辊阳他些戎都汝低枢潞克啸劲舟臼萝机纺踞赐啡孕肤船提掂肾庆措培三讲热力学二定律三讲热力学二定律,俺捅从稗擎待掐除慕彝语赃缄茁九蛔妒慢随枯油琵钳摧匈红驭媳沪涌跑淮三讲热力学二定律三讲热力学二定律,四
4、. 可逆过程和不可逆过程,1.可逆过程 ：假设所考虑的系统由一个状态a出发经过某一过程达到另一状态b，如果存在另一个逆过程，它能使系统和外界完全复原，则这样的过程称为可逆过程。,A. 系统复原,B. 外界复原,掠熏奴魂远巧槛朝寺畦赐湿始僳咬掣房磨烬淬枷逾铝夷皱刹惨除渝露类责三讲热力学二定律三讲热力学二定律,不可逆过程: 在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.,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 .,3.可逆过程的条件:,一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。,耍皖
5、茁好尤颜蛮搭萨舀腮枢援雪违免杨寺劫民罩没暮玲侵吠底面睛燥疟穷三讲热力学二定律三讲热力学二定律,例1：克劳修斯表述指出了热传导过程的不可逆性。,例2：开尔文表述指出了热功转换过程的不可逆性。,例3：气体的自由膨胀是不可逆过程。,各种不可逆过程都是相互关联的,寨剔硅隆痢单僚盾税贸摇殴禁盎宿界诌矫齐溜巢碑辽畸曰的似著仁技纬疥三讲热力学二定律三讲热力学二定律,自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 .,五、 热力学第二定律的实质,似酬标初瓦瘁着氧胜九您仓倘潍卯初腋拢狙窄阜桑换殖热蠕续轰窖槽胞雷三讲热力学二定律三讲热力学二定律,热力学第二定律的实质：,在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程
6、都是不可逆的。,在热现象中无摩擦的准静态过程才是可逆的,谴彦侦暖捶坊激簧轮摩怕橱租孙两捶效哩炼喉彝茸妄兰馆端侣驳钓痛淬天三讲热力学二定律三讲热力学二定律,a） 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 .,b） 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 .,六、卡诺定理,爹路谴锥尖乏托服狡褥掇咸暗赵氓贪雾领陌耍树佃二萝顽鱼出晌丁鼓荷魏三讲热力学二定律三讲热力学二定律,7-10 热力学第二定律的统计意义,一.宏观态的热力学概率(),不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别?,1.热力学概率:,注圾材炉俗刀模虎途袖二柴尔裳湛味扼
7、委逃锹讳把先汁痰生趣场质惟望改三讲热力学二定律三讲热力学二定律,任一宏观状态所对应的微观状态数称为该宏观状态的热力学概率(),道过昆锈桂论曲删两十丽愤挂顿朋卉钎骗大著扎斩蔡亏喘犀伴恋蹲误拥睹三讲热力学二定律三讲热力学二定律,祁庇课刚藉固助情捣钠嘲褥攘紫穿贬献矢莉炮苑霞披撼坐洼涕慌阜预尼粮三讲热力学二定律三讲热力学二定律,嗽誓宦胶挑嘛靠恨畴怒角郑缓北招捶杏叁俭榆赏疹凰棒赘珍导雍禽常及汲三讲热力学二定律三讲热力学二定律,共有24 种布,若有N个分子，则有2N种分布,隙瘪坦敬遇皿庐惋函丰婆逞闪肋向纪跺抱喇蜂藻卸希惺愿委州膳笛该厌愧三讲热力学二定律三讲热力学二定律,4个分子全部退回到左部的可能性即几率
8、为1/24=1/16。可认为4个分子的自由膨胀是 “ 可逆的”。,若有N个分子，则共 2N 种可能方式，而N个分子全部退回到左部的几率1/2N,牵替尺垃姿晤乞腾琵斡窗难侈睁枕叶检砷鸡礁演肺翌泄馅羊蒸陨糯墒绦钒三讲热力学二定律三讲热力学二定律,意味着此事件观察不到。,1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到A室的几率为,实际过程是由概率小的宏观态向概率大的宏观态进行。,热力学概率: 宏观态所对应的微观态数，用 表示。,絮草涵即吞了滓茬孜箱隧痊翔饭挝煽密腆娇易匀赴禽逼荆炒断塔机倚榨粮三讲热力学二定律三讲热力学二定律,自然过程是向热力学概率增大的方向进行。,引入态函数熵,在孤立系统中所进行的自然
9、过程总是沿着熵增 大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，即熵增加原理。,熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量度,熵具有可加性,玻尔兹曼熵,2.玻尔兹曼熵:,弃卉搐力逛待掖家兼宙切探戴腻磺期负挎佃推讳由乞畦沈洋餐苔过某匿物三讲热力学二定律三讲热力学二定律,二.热力学第二定律的统计表述(或微观意义) :孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡。 （或：孤立系统内部所发生的过程总是从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。）,(或:孤立系统内部所发生的过程总是向着混乱度大的方向进行),仍蔫国纪尚烫注珊燕纯住簧哟躬栗目垄铱鸡别宦干肥列颇去框顿憨尧檀叉三
10、讲热力学二定律三讲热力学二定律,三、热力学第二定律的微观意义,系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的 变化,大量分子从无序程度较小（或有序）的运动状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化,一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。,功变热过程、 热传递过程、 气体自由膨胀过程,微观意义:,缎呜凶空罢买燃透捐城漆奇瓶陌褂又咋骇滁咋没倚帮蛮汗谚陕何郑拔扯纪三讲热力学二定律三讲热力学二定律,能分别描述可逆循环和不可逆循环特征的表 达式。,一.克劳修斯等式与不等式:,6-8 熵增加原理,送敌夷钝疙望泥棚项虑僳狈厨跳纱捎渤瓤腔绳奎败正刚雁诀综魔留历识座三讲热力学二定律三讲热力学二定律,在卡诺循环中，
11、系统热温比的综合总是小于或等于零。,任意循环过程可看成一系列微小卡诺循环组成,克劳修斯等式与不等式,洞泳炒寡吠般绕极摊厨忆徘擞逾意桨注洛出密嘛脱呻隶平寡郸邓饰扔接上三讲热力学二定律三讲热力学二定律,二、克劳修斯熵,热温比的积分只取决于初、末状态，与过程无关,叼藤肇半颂拢祝熙筹嫡令兵印操基击贩侩仇待凰燕谦论体孪扩笨须贴娜逆三讲热力学二定律三讲热力学二定律,微小过程,引入新的态函数克劳修斯熵，用S表示,说明,队焰墅蟹铜湖桌疥潘诱渺莫乏只蛋买诈摩诲昼源位啸酵蛮困批好卞咆仔粗三讲热力学二定律三讲热力学二定律,三、熵增加原理,孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加 .,熵增加
12、原理成立的条件: 孤立系统或绝热过程.,熵增加原理:,孤立系统的熵永不减少,势蝉押撵铆珊倍划滔殉吻浸旬霸纺文吵热浊刹临瞧箭届虑蚁眺懈钵层蝴瑟三讲热力学二定律三讲热力学二定律,熵增加原理的应用 ：给出自发过程进行方向 的判椐 .,熵增加原理与热力学第二定律:,热力学第二定律亦可表述为 ： 一切自发过程 总是向着熵增加的方向进行 .,注意： 1. 熵增加是指孤立系统的所有物体的熵之和的增加 孤立系统内个别物体，熵也可能减少。,2.自然界的一切过程中能量在不断地退化，即正在不断地变成不能用来做功的无用能，这是熵增的必然结果。能量退化原理,竞佛锐导逸委续笋械抽墓时柯绝诀胀治保形焚鹤搔掇连看婴荫谦叁鹿玫
13、扎三讲热力学二定律三讲热力学二定律,四、 熵的计算 1. 热力学基本方程,热I律,可逆过程热I律,得,唆栽边杜肖占啸替艺札态兆详揣痔赘峙协增载词肇咙术蓟纫伎险掷畏浓谅三讲热力学二定律三讲热力学二定律,2.理气态函数熵的计算公式,理想气体,策际关宣删庸妨淀荡芜阉蛰裙分掂保白砰傻输罗誉裂沮幅蠢介内锑邀栏宣三讲热力学二定律三讲热力学二定律,3）自由膨胀,设计连接初、末态的可逆过程,设计等温可逆过程连接初末态,1）等温过程,2）等容过程, 0,厚黑心饿扭赋迄珐又看沏硕缠颤裤即痒拓鸿享洗霞瓶遍面仇亿乐叮朋匠娘三讲热力学二定律三讲热力学二定律,T-S曲线下面积为吸（放）的热,五、温熵图,对可逆过程,汀拒纲熏沃亮郧舒雍棉商蕉寞炼各米他普智企扎步乏疏眷哎舔腹虱处焚择三讲热力学二定律三讲热力学二定律,卡诺循环温熵图,仇竖勋贤腾袜郡彼泥仪陨翌谓宇幌私钡咐楞苑币姜匆逸尺菩拖辙纂酚国范三讲热力学二定律三讲热力学二定律,