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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,同学们好,J.E克劳修斯(1822-1888),同学们好J.E克劳修斯(1822-1888),1,热力学第二定律的实质,1,.可逆过程和不可逆过程,定义：,设系统经历,过程,为可逆过程,为不可逆过程,例：,理想气体等温膨胀的可逆性分析,无摩擦，准静态进行,有摩擦，准静态进行,无摩擦，非静态进行,9.7,可逆过程和不可逆过程,卡诺定理,热力学第二定律的实质1.可逆过程和不可逆过程定义：设系统经历,2,无摩擦，准静态进行,正向：,逆向：,总效果：,外界与系统均复原,原过程为可逆过程,无摩擦，准静态进行正向：逆向：总效果：外界与系统均复原原,3,有摩擦，准静态进行,正向：,（体积功）,（摩擦功）,(0),(0),逆向：,(0),有摩擦，准静态进行正向：（体积功）（摩擦功）(0)(0,4,由热力学第二定律，不能使内能完全转变为功而不产,生其它影响，外界不能复原。,原过程不可逆,造成不可逆的原因：,存在摩擦,总效果,系统复原,恒温热源：,转变为外界的内能,无摩擦，非静态进行,正向（快提）,由热力学第二定律，不能使内能完全转变为功而不产原过程不可逆造,5,总效果：,外界做功：,得热：,由热力学第二定律，不能使这部分热还原成功而不产生其它影响，即外界不能复原。,造成不可逆的原因：,快速进行，非静态过程。,逆向（快压）,总效果：外界做功：得热：由热力学第二定律，不能使这部分热还原,6,摩擦（能量耗散）,快速（非静态）,只有无摩擦的准静态过程是可逆过程,可逆过程是对准静态过程的进一步理想化,练习：,判断下列说法的正误,可逆过程一定是准静态过程,准静态过程不一定是可逆过程,不可逆过程不一定非静态,非静态过程一定不可逆,卡诺循环是理想的可逆循环,不计摩擦、漏气,准静态进行,摩擦（能量耗散）快速（非静态）只有无摩擦的准静态过程是可逆过,7,2.,热力学第二定律的实质,从可逆、不可逆过程的角度看热力学第二定律,功,自发,热,100%,转换,热,非自发,功,不能,100%,转换,开尔文表述：,克劳修斯表述：,热传导不可逆,高温,自动,低温,低温,非自动,高温 （外界做功）,溶解、扩散、生命,一切与热现象有关的宏观实际过程都是不可逆的，其自发进行具有单向性。,2.热力学第二定律的实质从可逆、不可逆过程的角度看热力学第,8,单向性：,什么方向？,功：,与宏观定向运动相联系，有序运动,热：,与分子无规则运动相联系,自动,非自动,热传导,高温,低温,差别,无序性,自动,低温,高温,差别,无序性,非自动,单向性：,无序性增大的方向,实际自发热力学过程都向无序性增大的方向进行,从微观角度讨论无序性的意义,自由膨胀,体积,可能位置,无序性,自动,体积,可能位置,无序性,非自动,真空,单向性：什么方向？功：与宏观定向运动相联系，有序运动热：,9,1.无序性的量度热力学概率,以理想气体自由膨胀为例,设分子数：4,真空,抽去隔板后的可能情况如下表：,9.8,热力学第二定律的统计意义,1.无序性的量度热力学概率以理想气体自由膨胀为例设分子,10,16种微观态，5种宏观态。,16种微观态，5种宏观态。,11,每秒放映1亿张，（普通电影 24/秒）,理想气体自由膨胀,分子数,可能微观态数,宏观态数,每种微观态出现概率,2,3,4,N,3,4,5,每秒放映1亿张，（普通电影 24/秒）理想气体自由膨胀分,12,等概率原理,：,系统的每种微观态出现的概率相同。,由此，包含微观态越多的宏观态出现的概率越大。,定义：,宏观态中包含的微观态的数目叫做该宏观态的,热力学概率,意义：,该宏观态所包含的微观态数越多，确定,系统的微观态越困难，系统无序性越高。,热力学概率是系统无序程度的量度,比较：,统计学概率,w,与热力学概率,等概率原理：系统的每种微观态出现的概率相同。由此，包含微观态,13,比较：统计学概率,w,与热力学概率,宏观态出现的概率,W,=,每种微观态出现的概率,w,热力学概率,w，W,：小于1；,大于1,由等概率原理：,比较：统计学概率 w 与热力学概率 宏观态出现的概率 W,14,2.,热力学第二定律的统计意义,实际自发的热力学过程是不可逆的，总是沿着系统,热力学概率（无序性）增加的方向进行。,无序性减小的状态不是绝对不可能发生，而是发生的可能性趋于零。,（猴子打字，恰好打出莎士比亚作品；狗与跳蚤,的故事),热力学第二定律是一个统计规律，对大量粒子体系才有意义，对只含少数分子的系统不适用。,2.热力学第二定律的统计意义实际自发的热力学过程是不可逆的,15,比较：,热力学第一定律：,严格成立，不能违反,热力学第二定律：,统计规律，违反的概率太小,对大量的分子体系适用,练习：,热力学第二定律的典型思想方法：,反证法,1.证明两条绝热线不相交,设两个绝热线交于 B，,可作一等温线与两条绝热线构成一循环，形成单热源热机，违反热力学第二定律。,原假设不成立，两绝热线不能相交。,比较：热力学第一定律：严格成立，不能违反热力学第二定律：统计,16,2.证明一条等温线和一条绝热线不能有两个交点,例三 卡诺定理证明,2),在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切不可逆热机，其效率不可能大于可逆热机的效率。,1),在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机，其效率相等，与工作物质无关。,设等温线与绝热线有两个交点，则形成单热源热机，违反热力学的二定律。,2.证明一条等温线和一条绝热线不能有两个交点例三 卡,17,卡诺定理:,=：对应可逆机；：对应不可逆机,循环中高温热源的最高温度；,循环中低温热源的最低温度；,热机效率的极限：,提高热机效率的途径：,尽量提高两热源的温差；,尽量减少不可逆因素。,卡诺定理:=：对应可逆机；：对应不可逆机 循环中高温,18,
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