【知识】高二物理知识点：热力学第二定律

1、高二物理学问点：热力学其次定律高二物理学问点：热力学其次定律这篇高二物理学问点： 热力学其次定律是查字典物理网特地为大家整理的，期望对大家有所帮忙.一、热力学其次定律建立的历史过程19 世纪初， 巴本、 纽可门等制造的蒸汽机经过很多人特殊是瓦特的重大改良，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论讨论仍是特别缺乏的； 热力学其次定律就是在讨论如何提高热机效率问题的推动下， 逐步被发觉的，并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题；1824 年，法国陆军工程师卡诺在他发表的论文论火的动力中提出了闻名的卡诺定理，找到了提高热机效率的根本途径；但卡诺在当时是采纳热质说的错误观点来讨论

2、问题的；从1840 年到 1847 年间，在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下，热力学第肯定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了；热动说的正确观点也普遍为人们所接受； 1848 年， 开尔文爵士 威廉汤姆生 依据卡诺定理，建立了热力学温标 确定温标 ；它完全不依靠于任何特殊物质的物理特性，从理论上解决了各种体会温标不相一样的缺点；这些为热力学其次定律的建立预备了条件；1850 年，克劳修斯从热动说动身重新审查了卡诺的工作，考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这 一事实，得出了热力学其次定律的初次表述；后来历经多次第 7页简练和修改， 逐步演化为现行物理教科书中公认的克劳修斯表述；与

3、此同时，开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热 力学其次定律的另一种表述，后来演化为更精炼的现行物理教科书中公认的开尔文表述；上述对热力学其次定律的两种表述是等价的，由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性；二、热力学其次定律的实质一个热力学系统，从某一状态动身，经过某一过程到达另一状态；假设存在另一过程，能使系统与外界完全复原 即系统回到原先的状态，同时排除了原先过程对外界的一切影响 ，那么原先的过程称为可逆过程；反之，假如用任何方法都不行能使系统和外界完全复原，那么称之为不行逆过程；可逆过程是一种抱负化的抽象，严格来讲现实中并不存在 但它在理论上、 运算上有着重要意义 ；大量事实告

4、知我们： 与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆过程；克氏表述指出：热传导过程是不行逆的；开氏表述指出：功变热 准确地说，是机械能转化为内能 的过程是不行逆的；两种表述其实质就是分别选择了一种典型的不行逆过程，指出它所产生的成效不管用什么方法也不行能使系统完全恢复原状，而不引起其他变化；请留意加着重号的语句：而不引起其他变化；比方，制冷机 如电冰箱 可以将热量 q由低温 t2 处 冰箱内 向高温 t1 处 冰箱外的外界 传递， 但此时外界对制冷机做了电功w而引起了变化， 并且高温物体也多吸取了热量q这是电能转化而来的 ；这与克氏表述并不冲突；例 1 抱负气体向真空自由膨胀 如图 1 所示，容器被

5、中间的隔板分为体积相等的两局部：a 局部盛有抱负气体， b 局部为真空；现抽掉隔板，那么气体就会自由膨胀而布满整个容器；例 2 两种抱负气体的扩散混合 如图 2 所示，两种抱负气体c 和 d被隔板隔开，具有相同的温度和压强；当中间的隔板抽去后，两种气体发生扩散而混合；例 3 焦耳的热功当量试验；这是一个不行逆过程；在试验中，重物下降带动叶片转动而对水做功，使水的内能增加；但是，我们不行能造出这样一个机器： 在其循环动作中把一重物上升而同时使水冷却而不引起外界变化；由此即可得热力学其次定律的普朗克表述；再如焦耳 - 汤姆生 开尔文 多孔塞试验中的节流过程和各种爆炸过程等都是不行逆过程；对上面所列

6、举的不行逆过程以及自然界中其他不行逆过程， 我们完全能够由某一过程的不行逆性证明出另一过程的不 可逆性，即自然界中的各种不行逆过程都是相互关联的；我们可以选取任一个不行逆过程作为表述热力学其次定律的根底；因此，热力学其次定律就可以有多种不同的表达方式；但不管详细的表达方式如何，热力学其次定律的实质在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆的，并指 出这些过程自发进行的方向；三、热力学其次定律的统计意义热现象是与大量分子无规那么热运动相联系的；我们以上述不行逆过程 如例 1 中抱负气体的真空自由膨胀 为例， 来简洁说明热力学其次定律的统计意义；如图 1 所示，拉开隔板后， a 局部的抱负

7、气体将进入b 原为真空 中，从而布满 a、b 整个空间；这个过程是不行逆的， 我们从没有见过这种现象：气体自动地由整个容器收缩到a 局部，而使 b 局部成为真空；这是为什么呢.设容器中有 1 个分子，它退回到 a 局部的几率为 1/2; 设容器中有 2 个分子，它们全部退回到a 局部的几率为 1/22=1/4; 设容器中有 3 个分子，它们全部退回a 局部的几率为1/23=1/8;设容器中有 1mol 某种抱负气体 约 6.021023 个分子 ；打一个有趣的比如：假假设从动物园中逃出一只黑猩猩，溜进了运算机室，用爪子在键盘上乱按； 而将打印出的纸张按次序装订， 恰巧是一部数百万字的巨著大英百

8、科全书； 上述几率比这个笑话的几率仍要小得不行比较；通过对上述简洁例子的分析，事实上是有一般意义的，即热力学其次定律的统计意义是：一个不受外界影响的孤立系 统，其内部发生的过程，总是由几率小的状态向几率大的状态进行， 由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行；四、热力学其次定律的适用范畴(1) 热力学其次定律是宏观规律，对少量分子组成的微观系统是不适用的；(2) 热力学其次定律适用于绝热系统或孤立系统，对于生命 体 开放系统 是不适用的；早在1851 年开尔文在表达热力学其次定律时， 就曾特殊指明动物体并不像一架热机一样工作，热力学其次定律只适用于无生命物质；(3) 热

9、力学其次定律是建筑在有限的空间和时间所观看到的现象上， 不能被外推应用于整个宇宙；19 世纪后半期， 有些科学家错误地把热力学其次定律应用到无限的、开放的宇宙，提出了所谓热寂说；他们声称：将来总有一天，全宇宙都是要到达热平稳， 一切变化都将停止， 从而宇宙也将死亡；要使宇宙从平稳状态重新活动起来，只有靠外力的推动才行；这就会为上帝制造世界等唯心主义供应了所谓科学依据；热寂说的荒唐，在于把无限的、开放的宇宙当做热力学中所 说的孤立系统；热力学中的孤立系统与无所不包、完全没有 外界存在的整个宇宙是根本不同的；事实上，科学后来的开 展已经供应了很多事实， 证明宇宙演化的过程不遵守热力学其次定律； 正如恩格斯在 .自然辩证法 .中指出了热寂说的谬误；他依据物质运动不灭的原理，深刻地指出：放射到太空中去的热肯定有可能通过某种途径