第8章熱學熱力學第二定律

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開爾文說法：不可能制造出這樣一種循環(huán)工作的熱機，它只使單一熱源冷卻來做功，而不放出熱量給其他物體，或者說不使外界發(fā)生任何變化.

第二定律的提出1

功熱轉換的條件第一定律無法說明.2

熱傳導的方向性、氣體自由膨脹的不可逆性問題第一定律無法說明.

一熱力學第二定律的兩種表述

等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過程.12W

W低溫熱源高溫熱源卡諾熱機WABCD

卡諾循環(huán)是循環(huán)過程，但需兩個熱源，且使外界發(fā)生變化.

雖然卡諾致冷機能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化.2克勞修斯說法：不可能把熱量從低溫物體自動傳到高溫物體而不引起外界的變化.高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機WABCD注意

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熱力學第二定律是大量實驗和經(jīng)驗的總結.3熱力學第二定律可有多種說法，每一種說法都反映了自然界過程進行的方向性.2

熱力學第二定律開爾文說法與克勞修斯說法具有等效性.準靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

可逆過程

:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復正過程的每一狀態(tài),而不引起其他變化,這樣的過程叫做可逆過程.二可逆過程與不可逆過程

非準靜態(tài)過程為不可逆過程.

不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程.

準靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程.

可逆過程的條件非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體

熱傳導

熱功轉換完全功不完全熱

自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的.

熱力學第二定律的實質無序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

1）

在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作的任意工作物質的可逆機都具有相同的效率.

三卡諾定理

2）工作在相同的高溫熱源和低溫熱源之間的一切不可逆機的效率都不可能大于可逆機的效率.(不可逆機)（可逆機）以卡諾機為例，有

克勞修斯（1822－1888）

德國理論物理學家，他對熱力學理論有杰出貢獻，曾提出熱力學第二定律的克勞修斯表述.為了說明不可逆過程,他提出了熵的概念，并得出孤立系統(tǒng)的熵增加原理.他還是氣體動理論的創(chuàng)始人之一.

結論：

可逆卡諾循環(huán)中,熱溫比總和為零.熱溫比

等溫過程中吸收或放出的熱量與熱源溫度之比.可逆卡諾機四熵如何判斷孤立系統(tǒng)中過程進行的方向？任一微小可逆卡諾循環(huán)對所有微小循環(huán)求和當時，則

任意的可逆循環(huán)可視為由許多可逆卡諾循環(huán)所組成

結論:

對任一可逆循環(huán)過程,熱溫比之和為零.

在可逆過程中，系統(tǒng)從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B,其熱溫比的積分只決定于始末狀態(tài)，而與過程無關.據(jù)此可知熱溫比的積分是一態(tài)函數(shù)的增量，此態(tài)函數(shù)稱熵.可逆過程**ABCD可逆過程無限小可逆過程

熱力學系統(tǒng)從初態(tài)A

變化到末態(tài)B

，系統(tǒng)熵的增量等于初態(tài)A和末態(tài)

B之間任意一可逆過程熱溫比（）的積分.物理意義

熵的單位**ABCDE

可逆過程五熵增加原理：孤立系統(tǒng)中的熵永不減少.平衡態(tài)A平衡態(tài)B（熵不變）可逆過程非平衡態(tài)平衡態(tài)（熵增加）不可逆過程自發(fā)過程

孤立系統(tǒng)不可逆過程孤立系統(tǒng)可逆過程

孤立系統(tǒng)中的可逆過程，其熵不變；孤立系統(tǒng)中的不可逆過程，其熵要增加

.

熵增加原理成立的條件:孤立系統(tǒng)或絕熱過程.

熵增加原理的應用：給出自發(fā)過程進行方向的判椐.

熱力學第二定律亦可表述為：一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行.熵增加原理與熱力學第二定律六、玻爾茲曼關系式－熱力學第二定律的統(tǒng)計意義

熱力學第二定律的實質:自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的.

不可逆過程的本質

系統(tǒng)從熱力學概率小的狀態(tài)向熱力學概率大的狀態(tài)進行的過程.無序有序非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體熱傳導非均勻、非平衡均勻、平衡熱功轉換完全功不完全熱擴散過程自發(fā)外力壓縮

一切自發(fā)過程的普遍規(guī)律

概率小的狀態(tài)概率大的狀態(tài)

討論N個可分辯的粒子集中在左空間的概率W

N

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NW均勻分布N=1N=2第種分布的可能狀態(tài)數(shù)N=4

當時，粒子在空間均勻分布占絕對的優(yōu)勢，而集中在左空間的可能性趨于零.

問:

在孤立系統(tǒng)中，熵增加的過程是系統(tǒng)從有序趨于無序的過程.那么,怎樣將系統(tǒng)的熵與無序度定量地聯(lián)系起來呢?熱力學概率W:（微觀狀態(tài)數(shù)）無序度、混亂度.

玻爾茲曼關系式熵2）熵是孤立系統(tǒng)的無序度的量度.（平衡態(tài)熵最大）（W