《热力学第二定律》

第十章热力学定律§10.4热力学第二定律将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同．热传导具有方向性将烧红的铁块投入水中，有没有可能出现铁块温度更高，水的温度更低的结果？扩散现象具有方向性B瓶中的气体能否自发的回到A瓶中，重新变为真空状态？散开的墨水颗粒能否自发的聚集在一起，成为一滴墨水，其余部分由变成清水？××机械能与内能的转化过程具有方向性一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来.在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高.能否看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体,靠降低温度,可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？？×气体膨胀具有方向性思考:有没有这样的“逆过程”:从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中,

瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强.

×热力学第二定律实际的热现象都有特地的方向性,相反的过程虽不违背能量守恒定律,也不会自发的进行.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.在物理学中,反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律.热力学第二定律的克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.思考:热量是否无法从低温物体传向高温物体？可以从低温物体传向高温物体，但是不能自发，需要外界对其做功.热力学第二定律说明：(1)克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。”

(2)如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“其它变化”.(3)如果设想克劳修斯表述不成立,即在无任何外界做功的情况下,热量就能从低温热源传向高温热源.按此设想就可制成一种无功致冷机,如图所示，它无需消耗功就能致冷.克劳修斯表述否定了这种可能性.热力学第二定律热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热库吸收,使之完全变成功,而不产生其他影响.热机是一种把内能转化为机械能的装置气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1推动活塞做功W排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。Q1=W+Q2热机效率η=W/Q1热机的效率不可能达到100%！机械能可以全部转化为内能,但内能不能全部转化为机械能!热力学第二定律热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热库吸收,使之完全变成功,而不产生其他影响.第二类永动机冷凝器违背了热力学第二定律说明：(1)开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾有人企图制造“一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之全部变为功，而不向低温热源放出热量，或者说不引起其它变化。”这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效率η=100%。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔文表述.热力学第二定律(2)开尔文表述中强调了“在不产生其他影响的条件下,'热'不能全部变为'功'.如果允许“其他影响”发生，热可以全部变为功.例如:气缸中理想气体作等温膨胀时,气体从恒温热源吸收的热量就可以全部用来对外做功.但气体“体积和压强”发生了变化,它不能循环动作返回原状态.克劳修斯:按热传递的方向性来表述开尔文:按机械能与内能转化过程的方向来表述.两种表述的实质任何一类宏观自然过程进行方向的说明都可以作为热力学第二定律的表述.热力学第二定律可表述为:气体向真空的自由膨胀是不可逆的×第二类永动机是不可能制成的.一切宏观自然过程的进行都具有方向性；其他表述:开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述

Q1──热机从T1吸热A──热机输出功Q2──热机从T2吸热Q1+Q2──致冷机向T1放热如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立.热力学第二定律(可用反证法证明)两种表述是等价的开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性热力学第二定律(可用反证法证明)两种表述是等价的T2──低温热源Q2──热量通过假想装置自动地从T2传向T1Q1──卡诺热机从T1吸热A──卡诺热机对外作功如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热源热机，即开尔文表述也不成立.小结热力学第二定律的两种表述：不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.热量不能自发地从低温物体传到高温物体.开尔文表述：克劳修斯表述：按热传递的方向性来表述按机械能与内能转化过程的方向来表述热机效率不可能100%两类永动机的比较：第一类永动机:一种不消耗任何能量但可以源源不断输出动力的发动机第二类永动机:只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功的热机违背能量守恒定律违背热力学第二定律下列说法正确的是（）A.在自然条件下,热传递的过程是不可逆的B.气体的扩散过程具有方向性C.热量能自发地由高温物体传递给低温物体D.一切形式能量转化都不具有方向性ABC提升练习根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（）A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化B.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,

而不引起其它的变化的热机是可以实现的C.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它的变化D.不可能使热量由低温物体传递给高温物体,而不引起其它的变化AD不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功不可能使热量由低温物体传递给高温物体判

断（理想气体受热缓慢自由膨胀过程，但会产生其它影响）(不能自发地，但可以通过做功实现)根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（）A.我们可以利用高科技手段,将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用二部引起其它变化B.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可以行的C.分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小D.温度升高时,物体中每个分子的运动速率都将增大BD提升练习根据热力学第二定律