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高中物理竞赛辅导 课件16热力学第二定律


热力学第二定律 本章内容 Contents 热力学第二定律 second law of thermodynamics 熵 entropy chapter 16 16-1 引言 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 高温 物体 低温 物体 Q 会自动发生 Q 不会自动发生 16-1 续上 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。 气体自 由膨胀 高温 物体 低温 物体 高温 物体 低温 物体 Q 会自动发生 会自动发生 Q 不会自动发生 不会自动发生 气体自 动收缩 16-1 续上 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。 气体自 功转变 由膨胀 成热量 会自动发生 会自动发生 不会自动发生 不会自动发生 气体自 热量自行 动收缩 转变成功 16-1 续上 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。 热量不可能自动地由低温物体传向高温物体。 热量自行 功转变 气体的体积不可能自动地等温缩小。 转变成功 成热量 热量不可能在不引起其它变化的条件下而全部转变为功。 … … 会自动发生 不会自动发生 各种实际过程进行方向的规律性将用热力学第二定律来表述。 可逆与不可逆过程 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。 可逆过程只是一种理想模型。 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。因此有关热现象的实 际宏观过程和非准静态过程都 是不可逆过程。 定律的两种表述 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)。 外界需对系统作功,就属“其它变化”。此表述说明热传导过程的不可逆性。 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。 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。 它并不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律。 开尔文另一表述为:第二类永动机是不可能造成的。 表述的等价性 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 功而不引起其它变化。 高温热源 高温热源 假 想自 的动 传 热 装 臵 等价于 卡诺热机 低温热源 (但实际上是不可能的) 低温热源 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 若 图上绝热线与等温线相交于两点, 凡例 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

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