文档介绍：热学
河海大学物理 CAI 室
河海大学
改编徐援
第四章热力学第二定律
目录
第四章热力学第二定律
自然过程的方向
不可逆性的相互依存
热力学第二定律及其微观意义
热力学概率与自然过程的方向
玻耳兹曼熵公式与熵增加原理
可逆过程
克劳修斯熵公式
熵增加原理举例
温熵图*
熵和能量退降*
自然过程的方向
m
功热转换过程具有方向性。
1, 功热转换
通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的(irreversible)
因为热不能自动转化为功,
只满足能量守恒的过程一定能实现吗?
自然界一切实际热力学过程都是按一个方向,反方向逆过程不可能自动。
状态 B
状态A
返回A,周围一切都恢复原状
可逆过程
不能恢复原状
不可逆过程
设在某一过程中物体
热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的;
因为热量不能自动地由低温物体传向高温物体。
气体的绝热自由膨胀(Free expansion)
气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。
非平衡态到平衡态的过程是不可逆的
不可逆的
自动地
一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
热传导(Heat conduction)
不可逆性的相互依存
与热现象有关的宏
观过程的不可逆性
宏观过程的方向性
各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互沟通的,即
一, 例: 功变热的不可逆保证了热传导的不可逆保证了
假设, 热可以自动转变成功,这将导致热可以自动
从低温物体传向高温物体。
一种宏观过程的不可逆保证了另一种宏观过程的不可逆。
T
A
T0< T
Q
T
T0< T
Q
等价
假定热可以自动转变成功,此功可使转轴转动,使水温升高为T,导致热可以自动低温物体传向高温物体.
假设, 热可以自动从低温物体传向高温物体,
这将导致热可以自动转变成功。
假设, 热可以自动转变成功,这将导致气体可以自动压缩。
W
T0
Q
T0
Q
T>T0
T>T0
等价
气体向真空中绝热自
由膨胀的不可逆性
功变热的不可逆性
二, 例:
所有宏观过程的不可逆性都是等价的。
T
T
T
A
作功后自动被压缩
导致热可以自动转变成功
T
A
反之,假设气体可以自动被压缩
等价
热力学第二定律及其微观意义
与热现象有关的宏观过程的不可逆性
宏观过程的方向性
自然宏观过程按一定方向进行的规律就是热力学第二定律
热力学第二定律的克劳修斯表述: 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。
热力学第二定律的开尔文--普朗克表述:其唯一效果
是热全部变成功的过程是不可能的。(单热源热机是不可能制成的。)