大学物理课件第Ⅵ章4

1、第四节第四节 热力学第二定律及其统计意义热力学第二定律及其统计意义问题？问题？热力学第一定律体现热力学过程的能量守恒，但是热力学第一定律体现热力学过程的能量守恒，但是能量守恒的过程却不一定都能实现，说明能量守恒的过程却不一定都能实现，说明热力学过热力学过程具有方向性程具有方向性系统经历的热力学过程每一步都可沿相反的方向进行，系统经历的热力学过程每一步都可沿相反的方向进行，使得系统和外界都使得系统和外界都完全恢复原状完全恢复原状，则该过程就称为，则该过程就称为可可逆过程逆过程。v 可逆过程可逆过程若系统从某一状态出发经过某一过程到达另一状态，如若系统从某一状态出发经过某一过程到达另一状态，如果存

2、在另一过程能够使系统和环境完全恢复，则该过程果存在另一过程能够使系统和环境完全恢复，则该过程称为称为可逆过程可逆过程。例如：例如：无摩擦的准静态过程（无摩擦的准静态过程（理想过程理想过程），真空中的单摆），真空中的单摆无摩擦力、黏滞力以及其他能量耗散，且过程进行得无限缓慢无摩擦力、黏滞力以及其他能量耗散，且过程进行得无限缓慢由这种准静态过程组成的循环过程，既可以进行顺由这种准静态过程组成的循环过程，既可以进行顺时针的正循环（热机循环），又可以沿原循环曲线时针的正循环（热机循环），又可以沿原循环曲线进行逆时针方向的逆循环（制冷机循环），则该循进行逆时针方向的逆循环（制冷机循环），则该循环过程称为

3、可逆循环。环过程称为可逆循环。可逆循环构成的热机称为可逆热机，可逆热机的正循环可逆循环构成的热机称为可逆热机，可逆热机的正循环为热机循环，逆循环为制冷机循环。为热机循环，逆循环为制冷机循环。v 不可逆过程不可逆过程如果某一过程一旦发生，采用任何方法都不能使系统和外如果某一过程一旦发生，采用任何方法都不能使系统和外界完全恢复到原来状态，则该过程就是界完全恢复到原来状态，则该过程就是不可逆过程不可逆过程。自然界存在的实际热力学过程均为不可逆过程自然界存在的实际热力学过程均为不可逆过程q 热传导过程热传导过程温度不同的两物体接触后，热量温度不同的两物体接触后，热量自发自发地从温度高的物体地从温度高的

4、物体传向温度低的物体；反之，热量从温度低的物体传向温传向温度低的物体；反之，热量从温度低的物体传向温度高的物体的过程是不可能发生的。度高的物体的过程是不可能发生的。q 功变热过程功变热过程物体在粗糙地面上滑动时，不断克服地面摩擦力和空物体在粗糙地面上滑动时，不断克服地面摩擦力和空气阻力做功，气阻力做功，自发自发地将动能转化为物体、接触面的分地将动能转化为物体、接触面的分子热运动的内能；反之，从静止物体的内能中以释放子热运动的内能；反之，从静止物体的内能中以释放热量的方式减小部分内能，将释放热量完全转化为功，热量的方式减小部分内能，将释放热量完全转化为功，使物体运动起来的过程是不可能发生的。使物

5、体运动起来的过程是不可能发生的。q 气体自由膨胀过程气体自由膨胀过程隔板打开后，气体将会不受障碍隔板打开后，气体将会不受障碍自发自发地向真空空间膨胀，导致最后气体充地向真空空间膨胀，导致最后气体充满容器的整个空间；反之，自由膨胀满容器的整个空间；反之，自由膨胀后的气体自动收缩，使气体重回到膨后的气体自动收缩，使气体重回到膨胀前所占空间的过程是不可能发生的。胀前所占空间的过程是不可能发生的。隔板将容器分成两部分，分别装不同性质隔板将容器分成两部分，分别装不同性质的气体，打开隔板后，两种气体将的气体，打开隔板后，两种气体将自发自发地地相互扩散混合，直至完全混合均匀位置；相互扩散混合，直至完全混合均

6、匀位置；反之，完全混合均匀的两种性质不同的气反之，完全混合均匀的两种性质不同的气体，自发地相互分离而回到扩散前完全分体，自发地相互分离而回到扩散前完全分开的状态是不可能的。开的状态是不可能的。q 气体扩散过程气体扩散过程自发：自发：在由过程所涉及的物体组成的系统内，过程就能在由过程所涉及的物体组成的系统内，过程就能自动发生，而不需要外界物体的作用或状态发生变化。自动发生，而不需要外界物体的作用或状态发生变化。与热现象有关的、自发发生的任何宏观过程都是有方向与热现象有关的、自发发生的任何宏观过程都是有方向的，即都是的，即都是不可逆过程不可逆过程。v 开尔文表述（开尔文表述（1851年）年）不可能

7、只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化不引起其它变化说明：说明：不引起其它变化：工作物质除了从热源吸收热不引起其它变化：工作物质除了从热源吸收热量而对外工作外，其它状态参量不发生变化量而对外工作外，其它状态参量不发生变化单一热源：指温度均匀恒定的热源单一热源：指温度均匀恒定的热源表明表明“功变热功变热”过程是不可逆过程过程是不可逆过程，其逆过程，其逆过程“热变功热变功”的过程一定使系统和外界发生变化的过程一定使系统和外界发生变化第二类永动机第二类永动机是不可能制成的是不可能制成的只从单一热源吸热而对外做功的热机只从单一热源吸热而对外

8、做功的热机地球表面有地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年足够全世界使用一千年 热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失，因此热机效率不可能等于的损失，因此热机效率不可能等于1 1 v 克劳修斯表述（克劳修斯表述（1850年）年）热量不能热量不能自动地自动地从低温物体传向高温物体从低温物体传向高温物体 说明：说明：自动地：指在传热过程中不引

9、起其他变化自动地：指在传热过程中不引起其他变化表明表明热传导过程是不可逆过程热传导过程是不可逆过程，使热量从低，使热量从低温物体传到高温物体，一定会使系统或外界引温物体传到高温物体，一定会使系统或外界引起变化，例如制冷机制冷过程起变化，例如制冷机制冷过程v 热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质开氏和克氏从两个不同角度阐述一切实际的宏观热开氏和克氏从两个不同角度阐述一切实际的宏观热力学过程都是不可逆的，热力学第二定律反映了这力学过程都是不可逆的，热力学第二定律反映了这种不可逆过程进行的条件和方向种不可逆过程进行的条件和方向热力学第二定律的两种表述是等价的热力学第二定律的两种表述是等价的利用反证法证明利用反证法证明q 在相同的高温热源在相同的高温热源T1与相同的低温热源与相同的低温热源T2之间之间工作的可逆卡诺热机，其效率仅与工作的可逆卡诺热机，其效率仅与T1与与T2有关，有关，而与工作物质无关，且而与工作物质无关，且卡诺循环可分为卡诺循环可分为可逆卡诺循环可逆卡诺循环和和不可逆卡诺循环不可逆卡诺循环q 在相同的高温热源和低温热源之间工作的不可在相同的高温热源和低温热源之间工作的不可逆热机效率总是低于可逆热机效率逆热机效率总是低于可逆热机效率说明：说明：1. 工作在相同高温热源工作在相同高温热源T1和低温热源和低温热源T2之间的热