大学物理第九章热力学3

1、 热力学第一定律断言，热机的效率不可能大热力学第一定律断言，热机的效率不可能大于于100，但能否接近或达到，但能否接近或达到100，也即，也即, 满足满足能量守恒定律的过程是否能实现能量守恒定律的过程是否能实现. 热力学第二定律告诉我们热力学第二定律告诉我们, 一切实际的热力学一切实际的热力学过程都只能按过程都只能按一定的方向进行一定的方向进行，反方向的热力学过，反方向的热力学过程虽满足能量守恒定律，但也不可能发生。热力学程虽满足能量守恒定律，但也不可能发生。热力学第二定律就是关于第二定律就是关于自然过程的方向的规律自然过程的方向的规律，热力学，热力学第二定律也是自然界的一条基本规律第二定律也

2、是自然界的一条基本规律.9-5 9-5 热力学第二定律热力学第二定律1.1.可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 设在某一过程设在某一过程 L 中，系统从状态中，系统从状态 A 变化到状变化到状态态B 。如果能使系统从状态。如果能使系统从状态 B 逆向回复到初状态逆向回复到初状态 A ，而同时外界也恢复原状，过程，而同时外界也恢复原状，过程 L 就称为就称为可逆过可逆过程程. 如果系统不能回复到原状态如果系统不能回复到原状态 A ，或者虽然能回，或者虽然能回复到初态复到初态 A ，但外界不能恢复原状，那么过程，但外界不能恢复原状，那么过程 L 称称为为不可逆过程不可逆过程.一一 热力学过程

3、的方向性热力学过程的方向性单摆的无摩擦的摆动单摆的无摩擦的摆动过程为可逆过程过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程AQ100AQ100 热功转换不可热功转换不可逆逆完全完全功功不不完全完全热热2. 2. 热力学过程的方向性热力学过程的方向性T1T2Q(T1T2)T1T2Q(T1T2)非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导不可逆热传导不可逆气体绝热自由膨胀的不可逆性：气体绝热自由膨胀的不可逆性： 墨水扩散是一个不可逆过程墨水扩散是一个不可逆过程生命过程是一个不可逆过程生命过程是一个不可逆过程结论：结论： 一切与热现象有关的实际宏观

4、过程一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程！都是不可逆过程！ 1. 设有下列过程：设有下列过程： 用活塞缓慢地压缩绝热容器中的理想气体用活塞缓慢地压缩绝热容器中的理想气体(设活塞与器壁无摩擦设活塞与器壁无摩擦)(2) 用缓慢地旋转的叶片使绝热容器中的水温上升用缓慢地旋转的叶片使绝热容器中的水温上升 (3) 一滴墨水在水杯中缓慢弥散开一滴墨水在水杯中缓慢弥散开 (4) 一个不受空气阻力及其它摩擦力作用的单摆的摆动一个不受空气阻力及其它摩擦力作用的单摆的摆动 其中是可逆过程的为其中是可逆过程的为 (A) (1)、(2)、(4) (B) (1)、(2)、(3) (C) (1)、(3)、(4)

5、(D) (1)、(4)答案答案D2. 关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法：关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法： (1) 可逆过程一定是平衡过程可逆过程一定是平衡过程 (2) 平衡过程一定是可逆过程平衡过程一定是可逆过程 (3) 不可逆过程发生后一定找不到另一过程使不可逆过程发生后一定找不到另一过程使系统和外界同时复原系统和外界同时复原 (4) 非平衡过程一定是不可逆过程非平衡过程一定是不可逆过程 以上说法，正确的是：以上说法，正确的是： (A) (1)、(2)、(3). (B) (2)、(3)、(4). (C) (1)、(3)、(4). (D) (1)、(2)、(3) 、(4). 答案

6、答案C 自然界中的不可逆过程是相互关联的。各种自然界中的不可逆过程是相互关联的。各种不可逆过程都可以通过各种办法使之与热功转换不可逆过程都可以通过各种办法使之与热功转换或热量传递不可逆过程联系起来。所以热力学第或热量传递不可逆过程联系起来。所以热力学第二定律除了开尔文表述和克劳修斯表达外，还可二定律除了开尔文表述和克劳修斯表达外，还可以有其它不同的表达方式。以有其它不同的表达方式。热力学第二定律的实热力学第二定律的实质在于指出：与热现象有关的实际宏观过程都是质在于指出：与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。不可逆过程。结论：结论：1. 开尔文说法：不可能制造出这样一种开尔文说法：不可能制造

7、出这样一种循循环环工作的热机，从工作的热机，从单一单一热源吸收热量，使之变为热源吸收热量，使之变为完全有用的功，而完全有用的功，而外外界不发生任何变化界不发生任何变化. 热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 二二 热力学第二定律热力学第二定律 开尔文（开尔文（ 18241907）19世纪英国卓越的物理学世纪英国卓越的物理学家家, 热力学的主要奠基人热力学的主要奠基人之一，之一，1848年创立了年创立了热力热力学温标学温标, 为了纪念这位伟大为了纪念这位伟大的物理学家，将开尔文定的物理学家，将开尔文定为热力学温度的单位，是为热力学温度的单位，是现在国际单位制中七个基现在国际单位制中七

8、个基本单位之一本单位之一. 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，单一热源吸热作功，而而不不放出热量给其它物体放出热量给其它物体,但它非循环过程但它非循环过程.12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoAETQ A低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QAVop2TA1TABCD21TT 卡诺卡诺循环是循循环是循环过程，环过程，但需两个但需两个热源，且热源，且使外界发使外界发生变化生变化. 1. “理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的 热量全部用来对外作功热量全部用来对外作功”对此说法，有如下几

9、种评对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的？论，哪种是正确的？ (A) 不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律 (B) 不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律 (C) 不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律 (D) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律答案答案C 2. 热力学第二定律表明：热力学第二定律表明： (A) 不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有 用的功用的功 (

10、B) 在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对 外作的功外作的功 (C) 摩擦生热的过程是不可逆的摩擦生热的过程是不可逆的 (D) 热量不可能从温度低的物体传到温度高的物热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体体 答案答案C3. 所谓第二类永动机是指所谓第二类永动机是指_，它不可能制成是因为违背了它不可能制成是因为违背了_ 从单一热源吸热，在循环中不断对外作功的热机从单一热源吸热，在循环中不断对外作功的热机 热力学第二定律热力学第二定律 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温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物体，但

11、需外界作功且使环境发生变化 . 2 克劳修斯说法：克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自自动动传到高温物体而传到高温物体而不不引起引起外界的变化外界的变化 .高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 2Q1Q克劳修斯（克劳修斯（Ruelolf Clausius,1822-1888）,德国物理学家，德国物理学家，分子运动理论分子运动理论的创始人之一。的创始人之一。 他提出统计概念，并利用统计他提出统计概念，并利用统计概念推导出了气体压强公式。他还概念推导出了气体压强公式。他还提出了比范德互耳斯气态方程更具提出了比范德互耳斯气态方程更具普遍性的气体物态方程；他是热力普遍性的气体物态方程；他是热力学的奠基人之一，他以善于构思物学的奠基人之一，他以善于构思物理概念著称，为了说明不可逆过程，理概念著称，为了说明不可逆过程，他引进了一个新的他引进了一个新的状态函数熵状态函数熵S S, ,并得出孤立系统的并得出孤立系统的熵增原理，使热力学第二定律以定量形式表述出来，其影熵增原理，使热力学第二定律以定量形式表述出来，其影响和作用遍于各个方面。响和作用遍于各个方面。 注注 意意 1