19.2ndLawofThermodynamics热力学第二定律
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热力学第二定律与熵热力学第二定律是热力学中的基本定律之一,与能量转化的方向和效率有关。
它描述了一个闭合系统中热量无法从低温物体自发地传递到高温物体的现象,并提出了一个重要的热力学量——熵。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律有多种表述方式,其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
开尔文表述认为热量自发地只能从高温物体传递到低温物体,不可能反向传递。
这可以用热力学系统的能量转化过程来解释,即热量只能自发地由高温区域向低温区域传递,而不能自行实现相反的过程。
克劳修斯表述则强调系统熵的增加,即一个孤立系统的熵总是不断增加的。
熵可以理解为系统的无序程度或混乱程度。
克劳修斯表述意味着热力学过程总是趋向于增加系统的熵,即趋向于增加系统的混乱程度。
这也可以解释为什么一切自发发生的过程都是不可逆的。
二、热力学第二定律的两种熵增表达式热力学第二定律可以通过熵增来表达。
熵增等于热量的流入量除以温度的比值,即ΔS = Q/T,其中ΔS表示熵增,Q表示热量,T表示温度。
这个公式是一个定量描述系统熵的变化的表达式,通过计算系统的输入和输出热量以及热力学温度的比值,可以得到系统熵的变化情况。
另外,还有一个更常见的表达式,即ΔS = Qrev/T,其中ΔS表示熵增,Qrev表示可逆过程中系统所吸收的热量,T表示热力学温度。
这个表达式中的热量只考虑了可逆过程中的热量变化,反映了系统在可逆过程中熵的变化情况。
这两种熵增表达式都可以用于定量计算系统熵的变化。
三、熵与系统可逆性的关系热力学第二定律中的熵增原理与系统的可逆性密切相关。
对于一个可逆过程,系统经历的熵增为零,即ΔS = 0。
这是因为可逆过程不会产生任何排除模式或混乱的行为,系统的熵保持不变。
而对于非可逆过程,系统经历的熵增为正,即ΔS > 0。
这意味着非可逆过程总是趋向于增加系统的混乱程度,使系统的熵增加。
熵可以看作是系统有序度的度量,而熵增则意味着系统的有序度减少。
热力学第二定律英文
热力学第二定律,其译文为:The second law of thermodynamics。
热力学第二定律是热力学基本定律之一。
克劳修斯将其表述为:“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体”。
开尔文表述为:“不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响”。
熵增原理:不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。
除上述几种表述外,热力学第二定律还有其他表述。
如针对焦耳热功当量实验的普朗克表述:“不可存在一个机器,在循环动作中把以重物升高而同时使一热库冷却。
”黑首保劳-肯南表述:“对于一个有给定能量,物质组成,参数的系统,存在这样一个稳定的平衡态:其他状态总可以通过可逆过程达到之。
”
热力学第二定律说明:热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体;也可表述为:两物体相互摩擦的结果使功转变为热,但却不可能将这摩擦热重新转变为功而不产生其他影响。
对于扩散、渗透、混合、燃烧、电热和磁滞等热力过程,虽然其逆过程仍符合热力学第一定律,但却不能自发地发生。
热力学第一定律未解决能量转换过程中的方向、条件和限度问题,这恰恰是由热力学第二定律所规定的。
热力学第二定律(英文:seco nd law of thermody namics )是热力学的四条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性一一孤立系统自发地朝着热力学平衡方向最大熵状态演化,同样地,第二类永动机永不可能实现。
这一定律的历史可追溯至尼古拉•卡诺对于热机效率的研究,及其于1824年提出的卡诺定理。
定律有许多种表述,其中最具代表性的是克劳修斯表述(1850 年)和开尔文表述(1851年),这些表述都可被证明是等价的。
定律的数学表述主要借助鲁道夫•克劳修斯所引入的熵的概念,具体表述为克劳修斯定理。
虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律,无法得到解释,但随着统计力学的发展,这一定律得到了解释。
这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。
定律本身可作为过程不可逆性旦:P.262及时间流向的判据。
而路德维希•玻尔兹曼对于熵的微观解释一一系统微观粒子无序程度的量度,更使这概念被引用到物理学之外诸多领域,如信息论及生态学等克劳修斯表述克劳修斯克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性(即热量总是自发地从高温热源流向低温热源)作为出发点。
虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源,但这过程是借助外界对制冷机做功实现的,即这过程除了有热量的传递,还有功转化为热的其他影响。
1850年克劳修斯将这一规律总结为: 不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响开尔文表述参见:永动机#第二类永动机开尔文勋爵开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。
第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功,但大量事实证明这个过程是不可能实现的。
功能够自发地、无条件地全部转化为热;但热转化为功是有条件的,而且转化效率有所限制。
也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。
1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为:不可能从单一热源吸收能量,使之完全变为有用功而不产生其他影响两种表述的等价性上述两种表述可以论证是等价的:1.如果开尔文表述不真,那么克劳修斯表述不真:假设存在违反开尔文表述的热机A,可以从低温热源匚吸收热量’”并将其全部转化为有用功:…。
热力学第二定律热力学第二定律(second law of thermodynamics),热力学基本定律之一,其表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
又称“熵增定律”,表明了在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。
1824年,法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。
德国人克劳修斯(Rudolph Clausius)和英国人开尔文(Lord Kelvin)在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理,意识到卡诺定理必须依据一个新的定理,即热力学第二定律。
他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。
这两种表述在理念上是等价的。
违背热力学第二定律的永动机称为第二类永动机。
微克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
英国物理学家开尔文(原名汤姆逊)在研究卡诺和焦耳的工作时,发现了某种不和谐:按照能量守恒定律,热和功应该是等价的,可是按照卡诺的理论,热和功并不是完全相同的,因为功可以完全变成热而不需要任何条件,而热产生功却必须伴随有热向冷的耗散。
他在1849年的一篇论文中说:“热的理论需要进行认真改革,必须寻找新的实验事实。
”同时代的克劳修斯也认真研究了这些问题,他敏锐地看到不和谐存在于卡诺理论的内部。
他指出卡诺理论中关于热产生功必须伴随着热向冷的传递的结论是正确的,而热的量(即热质)不发生变化则是不对的。
克劳修斯在1850年发表的论文中提出,在热的理论中,除了能量守恒定律以外,还必须补充另外一条基本定律:“没有某种动力的消耗或其他变化,不可能使热从低温转移到高温。
”这条定律后来被称作热力学第二定律。
开尔文表述不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化。
这是从能量消耗的角度说的。
开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能实现[4] 。