辽宁大学《大学物理》课件-第八章 热力学第二定律.pptx

辽宁大学大学物理

第八章热力学第二定律;§1自然过程的方向性;将一滴墨水滴入清水中，墨水会自发地向周围逐渐扩散，但是要再从清水中取出这一滴墨水恐怕就几乎不可能了。;满足热力学第一定律的热力学过程却不一定能实现。

在自然界中，系统在不受外界影响下进行的任何宏观自发过程都是按一定方向进行的.;机械功可以完全转化为系统的内能，如焦耳实验。

与焦耳实验相反的过程，即系统将一定量的内能（热量）转化为机械功使叶片自动转动起来的过程却从来没有发生过。;温度不同的两个物体相互接触，高温物体能自动地将热量传给低温物体，从而使两物体的温度相同而达到热平衡。

相反的过程，即热量自动地从处于热平衡的两个物体中的一个传到另一个物体，使两个物体出现温差，或者是热量自动地从低温物体传到高温物体，使它们的温差越来越大，这样的过程也从来没有出现过。;分子将向真空迅速膨胀（非准静态过程），充满整个容器，最后达到平衡态。

相反的过程，充满整个容器的气体自动地收缩到左半部分、右半部分为真空的过程，是不可能实现的。;§1.2可逆过程和不可逆过程;必须是准静态过程

必须是无摩擦的;2、不可逆过程;关于可逆过程和不可逆过程的判断，正确的是

(1)可逆热力学过程一定是准静态过程；

(2)准静态过程一定是可逆过程；

(3)不可逆过程是不能向相反方向进行的过程；

(4)凡是有摩擦的过程一定是不可逆的。;§2热力学第二定律;§2.1热力学第二定律的表述;2、开尔文表述;历史上把可以从单一热源吸收热量，使之完全变成有用的功而不产生其它影响的机器称为第二类永动机。

第二类永动机是效率为100%的热机。

第二类永动机不可能制成;热力学第二定律就是关于热力学过程进行方向的规律，它是从大量实践经验中总结出来的

其表述方式是利用某一个不可逆过程来说明不可逆过程的共同特征

有许多表述方法;§2.2不可逆性的相互依存两种表述的等效性;反证法证明：

功变热过程的不可逆性和理想气体自由膨胀的不可逆性相互依存。;（2）设计一???热力学过程，在这个过程中理想气体与单一热源接触，从中吸取热量Q进行等温膨胀，从而对外作功W。

（3）然后通过R过程使气体自动收缩，回到等温膨胀前的状态。

上述循环过程所产生的唯一效果是，系统从单一热源吸热，并全部用来对外作功，而没有其它影响。

——功变热的不可逆性消失了！;（1）假设功变热过程的是可逆的，即能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其它影响。称之为R过程。

（2）将一理想气体做绝热自由膨胀，体积增大，不做功，温度不变

（3）设计一个热力学过程，在这个过程中理想气体与单一热源接触，等温压缩，外界作功W，向热源放出热量Q;（4）然后通过R过程，气体状态不变，但是从该单一热源吸取热量Q，使之完全变成有用的功W而不产生其它影响。

（5）（2）、（3）、（4）组合的唯一效果是使气体绝热自由压缩。

——理想气体绝热自由膨胀不可逆消失了！;对于热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述，如果一种表述是正确的，另一种表述也必然是正确的；

如果一种表述不成立，另一种表述也必然不成立。;开尔文表述表述不成立，克劳修斯表述也不成立;低温热源;由于自然界中各种不可逆过程是相互关联的，因此每一种不可逆性都可以作为第二定律的一种表述。

热力学第二定律可以有多种表述方式。

热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。;根据热力学第二定律，下列哪种说法是正确的？

A.功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功；

B.热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；

C.气体能够自由膨胀，但不能自动收缩；

D.有规则运动的能量能够变成无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变成有规则运动的能量。;

只有(2)、(4)正确

只有(2)、(3)、(4)正确

只有(1)、(3)、(4)正确

全部正确;§3热力学第二定律的统计意义;不可逆的本质是什么？就好比打乱一副扑克牌很容易，但要使它重新有序排列就困难得多。这就是热力学第二定律背后深刻的原因——基于一个简单的统计学知识。;§3.1热力学第二定律的微观含义;2、热传导过程;系统中的气体分子从开始时占据某个空间体积中的一部分到膨胀后占据整个空间体积。;一切自然过程总是朝着分子热运动更加无序的方向进行。;以气体自由膨胀为例：;设容器装有4个分子