大學物理熱力學基礎第1頁§12.4熱力學第二定律引言：凡遵從熱一律(即能量守恒)過程是否都能實現？這是熱二律要回答問題。一．熱力學過程方向性功熱高溫低溫熱傳導方向性自動自動功熱轉換方向性功熱氣體絕熱自由膨脹密度大密度小密度大密度小注意：方向性是指：存在一個自動

進行方向。其反方向也能實現——需要條件(外界幫助、對外產生影響)。自動——無條件(勿須外界幫助、對外不產生影響)。自動自動自動第2頁二.可逆與不可逆過程P181定義：例1.不計阻力單擺運動無耗散機械運動是可逆過程。例2.功、熱轉換是不可逆過程功變熱能夠百分之百。逆過程？高溫熱源低溫熱源熱機W熱轉變為功將對外產生影響：在系統改變過程中，假如逆過程能重復正過程每一狀態，而且不引發其它改變，這么過程叫做可逆過程；反之，在不引發其它改變條件下，不能使逆過程重復正過程每一狀態，或者即使重復但必定會一起其它改變，這么過程都叫做不可逆過程。向低溫熱源傳遞熱量。第3頁例4.氣體快速膨脹——不可逆

當活塞無摩擦地、非常遲緩地拉動時，內外作功和為零。p1W1p2W2密度小密度大例3.氣體在真空中自由膨脹——不可逆密度大密度小要收縮到原狀需外界作功。W可視為可逆過程。第4頁結論：1）一切自發過程都是不可逆過程。2）只有沒有摩擦準靜態過程才是可逆過程。VpAB在AB過程中：內能改變：對外作功：吸收熱量：在B

A過程中：正過程+逆過程=0可逆過程是理想化過程。一切實際過程都是不可逆過程。因為一切實際過程都有磨擦。即對外影響全抵消第5頁三.熱力學第二定律兩種表述1.開爾文(Kelvin)表述P179問題提出：提升

有沒有限制？

不可能制造出這么一個循環工作熱機，單一熱源(T)熱機同時滿足！1)“一個熱源”是指溫度均勻且恒定不變熱源；2)“其它物體不產生任何改變”是指除了“從單一熱源吸等溫膨脹違反嗎？恒溫體W雖是從單一熱源吸收熱量全部對外作功，但體積膨脹了。3)熱二律指出了效率100%熱機制造不出來。說明：不違反熱二律！收熱量以及對外作功”以外任何改變。它只使單一熱源冷卻來作功，而不放出熱量給其它物體，或：不使外界發生任何改變。第二類永動機第6頁3)熱二律指出了效率100%熱機制造不出來。=100%假如能從單一熱源吸收熱量對外作功而不產生其它影響，則：(第二類永動機)熱二律說：這是不可能。第二類永動機：Kelvin另一個表述：第二類永動機是制造不出來。2.克勞修斯(Clausius)表述

熱量不可能自動地從低溫物體傳高溫熱源（T1）低溫熱源（T2）一條定律兩種表述？似乎彼此無關向高溫物體。從單一熱源吸收熱量全部轉化為有用功而不產生其它影響一個循環動作機器。第7頁3.兩種表述等價性反證法：違反Kelvin表述,也違反Clausius表述，反過來：違反Clausius表述,也違反Kelvin表述。

高溫熱源(T1)低溫熱源(T2)熱機Q1W制冷機Q2Q1+Q2等效于高溫熱源(T1)低溫熱源(T2)Q2違反Clausius表述,也違反Kelvin表述。高溫熱源(T1)低溫熱源(T2)Q2熱機Q1WQ2等效于高溫熱源(T1)低溫熱源(T2)熱機Q1–Q2W

兩種表述對應兩個不可逆(自發)過程：

開氏表述對應功熱轉換過程不可逆；

克氏表述對應熱傳遞過程不可逆。

由兩種表述等價性可知：由一個自發過程不可逆性能夠導出另一個自發過程不可逆性。

能夠證實各種自發過程不可逆性是相互關聯。熱二律還能夠有各種表述。第8頁熱二律實質：一切自發過程都是不可逆。4．熱力學第一、二定律間關系熱一律說明熱功轉換數量關系：熱力學過程必須恪守能量守恒定律。Q=E+W熱二律說明熱功轉換方向和條件：并非恪守能量守恒定律熱力學過程都能實現。并指出熱功轉換程度<100功熱無條件熱功轉換方向性有條件高溫熱源(T1)低溫熱源(T2)Q無條件熱傳遞方向性Q有條件熱力學過程在恪守熱一律同時還受方向性限制。熱力學第一、二定律是相輔相成第9頁四.卡諾定理卡諾提出：1.在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作任意工作物質2.工作在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作一切不可逆取“=”號,表示可逆機;取“<”號,表示不可