第9 热力学第二定律学习教案

1、会计学1第第9 热力学第二热力学第二(d r)定律定律第一页，共19页。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。高温物体低温物体Q Q高温物体低温物体Q Q会自动(zdng)发生不会(b hu)自动发生第1页/共19页第二页，共19页。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。高温物体低温物体Q Q高温物体低温物体Q Q会自动(zdng)发生不会自动(zdng)发生气体(qt)自由膨胀会自动发生气体自动收缩不会自动发生第2页/共19页第三页，共19页。违背热

2、力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。气体(qt)自由膨胀会自动(zdng)发生气体(qt)自动收缩不会自动发生功转变成热量会自动发生热量自行转变成功不会自动发生第3页/共19页第四页，共19页。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。功转变成热量(rling)会自动(zdng)发生热量(rling)自行转变成功不会自动发生热量不可能自动地由低温物体传向高温物体。气体的体积不可能自动地等温缩小。热量不可能在不引起其它变化的条件下而全部转变为功。 各种实际过程进

3、行方向的规律性将用热力学第二定律来表述。第4页/共19页第五页，共19页。可逆过程只是一种理想(lxing)模型。准静态过程可视为可逆过程。 一个热力学系统由某一初态出发，经过某一过程到达末态后，如果还存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到初态，又同时消除了原过程对外界引起的一切影响），则 原过程称为可逆过程。 一个热力学系统由某一初态出发，经过某一过程到达末态后，如果不存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，则原过程称为不可逆过程。 由于摩擦等耗散因素的实际存在，不可能使系统和外界完全复原。因此有关(yugun)热现象的实际宏观过程和非准静态过程都是不可逆过程。第5页/共19页第

4、六页，共19页。 不可逆过程不可逆过程（irreversible process）：）：其结果不能完全其结果不能完全(wnqun)被消除的过程。被消除的过程。 例如例如(lr)：有限有限(yuxin)温差热温差热传导，传导，“一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆”八宝山八宝山 “今天的你我今天的你我 怎能重怎能重复复 昨天的故事昨天的故事!”!”生命过程是不可逆的：生命过程是不可逆的：出生出生童年童年少年少年青年青年中年中年 不可逆！不可逆！老年老年气体自由膨胀气体自由膨胀 摩擦生热，摩擦生热，正如一首歌中唱的：正如一首歌中唱的：第6页/共19页第七页，

5、共19页。 不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。 不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。外界需对系统作功，就属“其它变化(binhu)”。此表述说明热传导过程的不可逆性。等温膨胀时系统体积增大亦属“其它变化”。此表述说明功变热过程的不可逆性。%企图制造单一热源且的热机称为第二类永动机。开尔文另一表述为：第二类永动机是不可能造成的。它并不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律。第7页/共19页第八页，共19页。举一个反证例子： 假如热量可以自动地从低温热源传向高温热源，就有可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用

6、功而不引起其它变化。 高温热源低温热源假想的自动传热装置卡诺热机等价于高温热源低温热源（但实际上是不可能(knng)的）第8页/共19页第九页，共19页。 热力学第二定律不但在两种表述上是等价的，而且它在表明一切与热现象有关的实际宏观过程的不可逆性方面也是等价的。历史上的两种表述只是一种代表性的表述。用热力学第二定律证明绝热线与等温线不能相交于两点等温线绝热线若 图上绝热线与等温线相交于两点，则可作一个由等温膨胀和绝热压缩准静态过程组成的循环过程。 系统只从单一热源（等温过程中接触的恒定热源）吸热 。 完成一个循环系统对外作的净功为 ，并一切恢复原状。 这违背热力学第二定律的开尔文表述，故绝热

7、线与等温线不能相交于两点。第9页/共19页第十页，共19页。热力学第二定律说明热现象的实际宏观过程都是不可逆的。这种不可逆性是分子的微观统计行为的一种表现。取消隔板，气体自由膨胀 每一个分子有两种可能的等概率微观分布状态（在A或B）以气体的自由膨胀为例以气体的自由膨胀为例隔板孤立容器用隔板等分成两格真空四个理想气体分子中：微观上可区分，宏观上不可区分。中 四个可区分的分子出现在A、B两半的可能分布方式，即系统的微观分布状态总数目是各分子微观态数目的乘积具体分析如下：具体分析如下：即第10页/共19页第十一页，共19页。ABAB614411/164/164/161/166/16共 1616 种微

8、观态5 5 种宏观态第11页/共19页第十二页，共19页。 气体自由膨胀的不可逆性，从统计观点解释就是一个不气体自由膨胀的不可逆性，从统计观点解释就是一个不受外界影响的理想气体系统，其内部所发生的过程受外界影响的理想气体系统，其内部所发生的过程总是向着 大（或 大）的方向进行的。四个分子都集中到A（或B）的那种宏观态出现的概率最小。实际热现象中的分子数很大，1mol气体中6.02 1023个，这些分子都自动集中到A（或B）的概率只有6.02 102310 2 1023有人计算过，概率这样小的事件自宇宙存在以来都不会出现。ABAB614411/164/164/161/166/16共 1616 种

9、微观态5 5 种宏观态第12页/共19页第十三页，共19页。 对于热传导、功热转换等热现象实际宏观过程(guchng)的不可逆性，都可以用热力学概率的概念来解释。 一切孤立系统内部所发生的过程，总是由概率小（包含微观态数目少）的宏观态向概率大（包含微观态数目多）的宏观态方向进行的。第13页/共19页第十四页，共19页。（1 1）可逆过程一定是准静过程；）可逆过程一定是准静过程；（2 2）准静过程一定是可逆过程；）准静过程一定是可逆过程；（3 3）不可逆过程一定找不到另一个过）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；程使系统和外界完全复原；（4 4）非准静过程一定是不可逆过程。）非准

10、静过程一定是不可逆过程。结束结束(jish)选择选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是判断下列说法中哪一种是不正确不正确的的第14页/共19页第十五页，共19页。（1 1）可逆过程一定是准静过程；）可逆过程一定是准静过程；（2 2）准静过程一定是可逆过程；）准静过程一定是可逆过程；（3 3）不可逆过程一定找不到另一个过）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；程使系统和外界完全复原；（4 4）非准静过程一定是不可逆过程。）非准静过程一定是不可逆过程。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对

11、的答案判断下列说法中哪一种是判断下列说法中哪一种是不正确不正确的的第15页/共19页第十六页，共19页。（1 1）可逆过程一定是准静过程；）可逆过程一定是准静过程；（2 2）准静过程一定是可逆过程；）准静过程一定是可逆过程；（3 3）不可逆过程一定找不到另一个过）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；程使系统和外界完全复原；（4 4）非准静过程一定是不可逆过程。）非准静过程一定是不可逆过程。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是判断下列说法中哪一种是不正确不正确的的第16页/共19页第十七页，共19页。（1 1）可逆过程一定是准静过程；）可逆过程一定是准静过程；（2 2）准静过程一定是可逆过程；）准静过程一定是可逆过程；（3 3）不可逆过程一定找不到另一个过）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；程使系统和外界完全复原；（4 4）非准静过程一定是不可逆过程。）非准静过程一定是不可逆过程。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是判断下列说法中哪一种是不正确不正确的的第17页/共19页第十八页，共19页。（1 1）可逆过程一定是准静过程；）可逆过程一定是准静过程；（2 2）准静过程一定是可逆过程；）准静过程一定