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第四章 热力学第二定律 l 自然过程的方向性() l 不可逆过程的相互依存 l 热力学第二定律() l 热力学概率与自然过程的方向性 l 玻尔兹曼熵公式与熵增加原理 l 可逆过程() l 克劳修斯熵公式（*） l 温熵图（*） l 熵和能量退化（*） l 耗散结构介绍（*） 1 第四章: 热力学第二定律 热一律一切热力学过程都应满足能量守 恒。但满足能量守恒的过程是否 一定都能进行? 热二律满足能量守恒的过程不一定都能 进行!过程的进行还有个方向性 的问题。 2 4.1自然过程的方向性 例1功热转换的方向性 功 热 可以自动地进行 (如摩擦生热、焦耳实验) 热 功 不可以自动地进行 （焦耳实验的逆过程） 例2热传导的方向性 热量可以自动地从高温物体传向低温 物体,但相反的过程却不能发生。 3 实际上,“一切与热现象有关的自然过程（不受外界 干预的过程，例如孤立系统内部的过程）都是不可 逆的，都存在一定的方向性-存在着时间箭头”. 又如，生命过程是不可逆的: 出生童年少年青年中年 老年八宝山 不可逆! “今天的你我 怎能重复 过去的故事!” 例3. 气体自由膨胀的方向性 气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩 的过程是不可能的. 4 4.2不可逆过程的相互依存 各种实际宏观过程的方向性都是相互依存的。 相互依存:一种过程的方向性存在(消失), 则另一过程的方向性也存在(消失) . 功热转换方向性消失热传导方向性消失 热源T0 Q A T00 S 0 或S0是热力学第二定律的 数学表示。 孤立系统中进行的可逆过程 一定是可逆绝热过程(等熵过程） S = 0 所以总起来可以说： 孤立系统内的一切过程熵不会减少 S0 （这也叫熵增加原理） 34 二.熵增加原理举例 例 1,焦耳实验 例 2,有限温差热传导 以上各例都说明孤立系统中进行的不可 逆过程都是使系统的熵增加了. 例 3,理想气体绝热自由膨胀 补例：用熵增加原理说明 单热源热机是不可能制成的 35 补例：用熵增加原理说明 单热源热机是不可能制成的 假设有一单热源热机 系统: 热机+热源+重物(及其他) 热源 T1 Q1 W 经过一个循环后: 热机 : 工质复原 S1=0 热源 : 重物 : 整个系统 : S3=0 (热力学状态未变) 违反熵增原理! 所以单热源热机是不可能制成的. 36 低温热源T2 Q2 热源 T1 Q1 W 讨论：如果我们将系统扩大, 增加一个低温热源, 让热机向低温热源放热Q2, 就有可能使S0. 系统: 热机+热源+重物(及其他) +低温热源 低温热源： 37 4 .9 温熵图(T-S diagram） dW =P dV W = P dV 对比 dQ =T dS Q = T dS 卡诺循环是怎样的图形? 如何从图上看出卡诺循环的效率? 如何说明卡诺循环的效率是最高的? T S Q a b 在温熵图上: 在热力工程上,常用温熵图. 38 410 熵和与能量退化 (degradation of energy) 例：功可以全部变热，而热不可以全部变功 摩擦生热 W = Q 再让热机吸收此热量Q ,可做功 W= Q c= W c W 例：热量从高温传到低温，温度均衡了， 那么单一热源就不能做功了。 能量的数量不变，但是能量越来越多地不能 用来做功了！这称为能量的退化。 这是自然过程的不可逆性的结果， 也是熵增加的一个直接结果 39 关于热寂说 耗散结构简介 “宇宙不是孤立系统，不能用热二律” “宇宙是无限的，热二律是在有限范围得出的规律” 天体物理学：宇宙在膨胀，自