反证法证明两种表述的等效性
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热力学第二定律摘要热力学第二定律是热力学的基本定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处(在自然状态下)。
它是关于在有限空间和时间内,一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
热力学第二定律有两种经典表述,二者表述具有等效性。
热力学第二定律揭示了实际宏观过程的不可逆性。
热力学第二定律在科学发展上具有很多的意义,也揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性.关键词热力学第二定律,卡诺循环,意义,不可逆,历史发展引言本论文主要是以大一学年,热学课程为背景选材。
热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律,进而推广到有关物质的变化过程的方向与限度的普遍规律.热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
本论文主要是对热力学第二定律的初步理解与分析.一、热力学第二定律的两种经典表述1。
开尔文-普朗克表述:不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响。
解释:1)这里强调的是“不留下其他任何变化”,是指对热机内部、外界环境及其他所有(一切)物体都没有任何变化.开尔文-普朗特说法说明了热转化为功,必须要将一部分热量转给低温物体(注意,这可是一个自发过程,高温向低温传热哦),也即必须要有一个“补偿过程”为代价2)热全部转化为功,是可以的,但必须要“留下其他变化”。
如等温过程中,热可以全部转变成功,但这时热机内部工质的“状态"变了(即工质不能回到初始状态,其实,这样的热机实际上是不存在的),是留下了变化的.2。
克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生任何其他影响。
解释:1)这里需要强调的是“自发地、不付代价地”。
我们通过热泵装置是可以实现“将热从低温物体传向高温物体的”,但这里是付出代价的,即以驱动热泵消耗功为代价,是“人为"的,是“强制”的,不是“自发”的。
关于热力学第二定律文献综述热力学第二定律是有关热力学过程进行的方向和限度的规律,它是关于有限空间和时间内,一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
同时热力学第二定律是人们在生产生活实践和科学实践中的经验总结,其正确性已被无数的客观事实所证实。
本文打算从热力学第二定律的文字表述、数学描述以及适用性三个方面进行分析讨论,并找出各部分内容的内在联系进行讨论。
用反证法对开尔文表述和克劳修斯表述做一个简单的讨论,然后再用克劳修斯熵和玻耳兹曼熵对热力学第二定律进行了数学描述,最后对热力学第二定律的适用范围和应用进行了讨论。
1 热力学第二定律的表述1.1 开尔文表述和克劳修斯表述热力学第二定律最常见的表述是开尔文表述和克劳修斯表述,克劳修斯表述是不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化;开尔文表述是不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为有用而不产生其他影响。
以上看似不同的表示形式,却揭示了热力学过程共同的本质特征,自然界的一切实际过程都是不可逆的或者说是一切自然过程都具有方向性。
克氏表述反映了热传递这一自然过程的不可逆性或方向性;开氏表述则揭示了功变热这一自然过程的不可逆性或方向性。
两种表述其实就是分别挑选了一种典型的不可逆过程,指出它所产生的效果不论用什么方法也不可能使系统完全恢复原状,而不引起其他变化,但不论具体的表达方式如何,热力学第二定律的实质是:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,并指出这些过程自发进行的方向性。
事实上,自然界一切不可逆过程都是相互关联的,从一个过程的不可逆性可以得到另一个过程的不可逆性,因此对任一不可逆过程的描述都可以作为热力学第二定律的表述。
1.2开尔文表述和克劳修斯表述的等效性热力学第二定律描述了自然宏观过程的方向性,是一个重要的自然规律。
它的表述形式多种多样,克劳修斯表述指出:“热量不可能自动地由低温物体向高温物体传导”;开尔文表述指出:“不可能制造出这样一种循环过程的热机,其工作从单一热源吸收热量,使之全部转换为对外做功,而不引起其他变化”。