热力学第二定律

第二章热力学第二定律2.1 自发变化的共同特征自发变化某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。

自发变化的共同特征—不可逆性任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。

例如：(1)焦耳热功当量中功自动转变成热；(2)气体向真空膨胀(3)热量从高温物体传入低温物体；(4)浓度不等的溶液混合均匀；(5)锌片与硫酸铜的置换反应等，它们的逆过程都不能自动进行。

当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。

2.2热力学第二定律（T h e S e c o n d L a w o f T h e r m o d y n a m i c s）克劳修斯（Clausius）的说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。

”开尔文（Kelvin）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。

” 后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。

第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。

2.3卡诺循环与卡诺定理2.3.1卡诺循环（C a r n o t c y c l e）1824 年，法国工程师N.L.S.Carnot (1796~1832)设计了一个循环，以理想气体为工作物质，从高温T h热源吸收Q h的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分Q c的热量放给低温热源T c。

这种循环称为卡诺循环.1mol 理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：过程1：等温T h 可逆膨胀由 p 1V 1到p 2V 2(AB)10U ∆= 21h 1lnV W nRT V =- h 1Q W =- 所作功如AB 曲线下的面积所示。

过程2：绝热可逆膨胀由 p 2V 2T h 到p 3V 3T c (BC)20Q = ch 22,m d T V T W U C T =∆=⎰所作功如BC 曲线下的面积所示。

热力学第二定律热力学第二定律是热力学领域中的基本定律之一，它描述了自然界中的物质运动和能量转化的方向性。

本文将详细介绍热力学第二定律的概念、原理及其在热力学系统中的应用。

1. 热力学第二定律的概念热力学第二定律是指在孤立系统中，任何自发过程都会导致熵的增加，而不会导致熵的减少。

其中，孤立系统是指与外界没有物质和能量交换的系统，熵是描述系统无序程度或混乱程度的物理量。

2. 热力学第二定律的原理热力学第二定律有多种表述形式，其中最常用的是凯尔文-普朗克表述和克劳修斯表述。

2.1 凯尔文-普朗克表述凯尔文-普朗克表述认为不可能通过单一热源从热能的完全转化形式（即热量）中提取能量，并将其完全转化为功。

该表述包括两个重要概念：热机和热泵。

热机是指将热能转化为功的设备，而热泵则是将低温热源的热量转移到高温热源的设备。

2.2 克劳修斯表述克劳修斯表述认为不可能存在这样的过程：热量从低温物体自发地传递到高温物体。

这一表述可由热力学第一定律和熵的概念推导得出。

3. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在能量转化和机械工程领域具有广泛的应用。

以下将介绍几个实际应用。

3.1 热机效率根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，即不可能将一定量的热能完全转化为功。

热机的效率定义为输出功与输入热量之比，常用符号为η。

根据卡诺热机的理论，热机的最高效率与工作温度之差有关。

3.2 热力学循环过程热力学循环过程是指系统在经历一系列状态变化后，最终回到初始状态的过程。

根据热力学第二定律，热力学循环过程中所涉及的热机或热泵的效率不可能大于卡诺循环的效率。

3.3 等温膨胀过程等温膨胀过程是热力学第二定律的应用之一。

在等温膨胀过程中，系统与热源保持恒温接触，通过对外做功来改变系统的状态。

根据热力学第二定律，等温膨胀过程无法实现自发进行，必须进行外界功输入才能实现。

4. 热力学第二定律的发展和突破随着科学技术的发展，人们对热力学第二定律的认识不断深化。

热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的重要定律之一，它描述了热量在自然界中的传递方向。

热力学第二定律对于理解能量转化和宇宙演化具有重要意义。

在本文中，我们将探讨热力学第二定律的基本原理和应用。

1. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以从不同角度进行表述，但最为常见的是开尔文-普朗克表述和卡诺定理。

1.1 开尔文-普朗克表述开尔文-普朗克表述中，热力学第二定律可以简要地概括为“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。

”这意味着热量的传递是不可逆的，自然趋向于热量从高温物体传递到低温物体。

1.2 卡诺定理卡诺定理是另一种常见的表述方式，它描述了理想热机的最高效率。

根据卡诺定理，任何一台工作在两个温度之间的热机的效率都不会超过理论上的最高效率，这个最高效率由热源温度和冷源温度决定。

2. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在许多领域都有重要的应用，下面我们将介绍几个常见的应用领域。

2.1 工程领域在工程领域中，热力学第二定律被广泛运用于热能转化系统的设计和优化。

例如，在汽车发动机中，通过合理设计燃烧过程、热能回收和废热利用等手段，可以提高发动机的效率，减少能量的浪费。

2.2 环境科学热力学第二定律的应用也涉及到环境科学领域。

例如，根据热力学第二定律的原理，热力学模型可以用于预测和评估环境中的能量传递和转化过程。

这有助于我们更好地理解和管理环境资源。

2.3 生命科学热力学第二定律在生命科学中也有广泛的应用。

生物体内的能量转化和代谢过程都受到热力学定律的限制。

通过热力学模型的建立和分析，可以深入研究生物体内能量转化的机理与调控。

3. 热力学第二定律的发展与挑战热力学第二定律的发展经历了许多里程碑，但仍然存在一些挑战和未解之谜。

3.1 热力学第二定律与时间箭头热力学第二定律与时间箭头之间的关系是一个待解之谜。

根据热力学第二定律，熵在一个封闭系统中总是增加的，即系统总是趋向于混乱状态。

然而，宇宙的演化似乎表明时间具有一个明确的方向，即宇宙从低熵状态（有序状态）向高熵状态（混乱状态）演化。

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。

热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的一条重要定律，它描述了自然界中热能传递的方向和过程的不可逆性。

热力学第二定律即卡诺定理，这一定律的发现不仅推动了热力学的发展，也在工程和科学研究中发挥着巨大的作用。

热力学第二定律的核心思想是热能的自发从高温系统向低温系统传递，而不会相反。

这个思想在日常生活中随处可见。

当我们将一杯热茶放置在桌子上，茶的温度逐渐降低，而不会变得更热。

这个过程是不可逆的，它符合热力学第二定律的要求。

热力学第二定律的原型是卡诺定理，它由法国工程师尼古拉·卡诺在19世纪初提出。

卡诺定理表达了理想热机的效率与工作温度之间的关系。

根据卡诺定理，任何机械热机的效率都不可能高于理论上的最大值，即卡诺热机的效率。

卡诺热机是一个在两个不同温度下工作的理想热机，其效率由工作温度之间的比值决定。

这种限制性的不可逆性是热力学第二定律的核心内容，也是热力学与统计物理学的重要区别之一。

事实上，热力学第二定律的发现引发了科学家们对宇宙中热能传递过程的深入研究。

他们发现，自然界中存在着一种名为熵的物理量，它代表了系统无序程度的度量。

根据熵的增加原理，自然倾向于朝着更高熵的方向演化，这就意味着热能应该自发地从高温系统传递到低温系统，而不会相反。

熵增加原理使热力学第二定律更加深入人心，在科学研究和工程设计中得到了广泛应用。

比如，通过了解热力学第二定律，我们可以最大限度地提高能源利用效率，减少能量的浪费。

这对于提升工业生产的效益和降低环境污染具有重要意义。

在工程中，通过设计有效的热回收系统，可以将废热转化为有用的能量，实现能量的再利用。

除了工程应用外，热力学第二定律在生物学中也有深远的影响。

生命系统本质上是开放的非平衡系统，需要从外部吸收能量来维持其复杂的结构和功能。

热力学第二定律为生物学家提供了理论基础，从微观角度解释了生命现象的发生。

通过深入理解热力学第二定律，科学家能够更好地探索生物体内能量转换的机制，从而拓宽我们对生命起源和演化的认识。

§10.8热力学第二定律一、热力学第二定律任务自然界中发生的过程总是有方向的。

热力学第二定律正是反映了自然界中热力学过程的方向性问题，是自然界经验的总结。

二、热力学第二定律的两种表述 1、开尔文表述（开氏表述）：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使它完全变为有用功而不引起其它变化。

说明：1）前提：即工作物质必须循环动作和其它物体不发生任何变化。

2）开尔文说法是从功热转化的角度出发的，它揭示了功热转换是不可逆的，即3）开尔文表述可等价说成“第二类永动机是不可能制造出来的。

” 2、克劳修斯表述（克氏表述）：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。

注意：1）条件：“自动地”2）表明热传递的不可逆性 3、两种表述的等效性1）开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立；若开氏说法不成立，则热机可从高温热源吸收热量Q 1，全部用来对外作功A= Q 1；这个功A 可用来驱动一台致冷机，从低温热源吸收热量Q 2，同时向高温热源放出热量Q 2+ A= Q 2+ Q 1。

两者总的效果是低温热源的热量传到了高温热源，而没产生其它影响，显然违反了克劳修斯说法。

2）克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立；若克劳修斯说法不成立，即热量可自动地从低温热源传到高温热源。

考虑一台工作于高温热源与低温热源的热机。

从高温热源吸收热量Q 1，向低温热源放出热量Q 2，则Q 2能自动地传到高温热源；两者总的效果是热机把从高温热源吸收的热量全部用来对外作功，这显然违反开氏说法。

由此，可以看出热力学第二定律的表述是多种多样的，而且不同的表述是可以相互沟通的。

三、热力学第二定律的本质 1、可逆过程与不可逆过程一个热力学系统经历一个过程P ，从状态A 变到状态B ，若能使系统进行逆向变化，从状态B 又回到状态A ，且外界也同时恢复原状，我们称过程P 为可逆过程；反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。

第三章热力学第二定律第三章 热力学第二定律（一）主要公式及其适用条件1、热机效率1211211/)(/)(/T T T Q Q Q Q W -=+=-=η式中：Q 1及Q 2分别为工质在循环过程中从高温热源T 1所吸收的热量和向低温热源T 2所放出的热量，W 为在循环过程中热机对环境所作的功。

此式适用于在两个不同温度的热源之间所进行的一切可逆循环。

2、卡诺定理的重要结论⎩⎨⎧<=+不可逆循环可逆循环,0,0//2211T Q T Q不论是何种工作物质以及在循环过程中发生何种变化，在指定的高、低温热源之间，一切要逆循环的热温商之和必等于零，一切不可逆循环的热温商之和必小于零。

3、熵的定义式TQ dS /d r def ＝ 式中：r d Q 为可逆热，T 为可逆传热r d Q 时系统的温度。

此式适用于一切可逆过程熵变的计算。

4、克劳修斯不等式⎰⎩⎨⎧≥∆21)/d (可逆过程不可逆过程T Q S上式表明，可逆过程热温商的总和等于熵变，而不可逆过程热温商的总和必小于过程的熵变。

5、熵判据∆S (隔) = ∆S (系统) + ∆S (环境)⎩⎨⎧=>系统处于平衡态可逆过程能自动进行不可逆,,0,,0 此式适用于隔离系统。

只有隔离系统的总熵变才可人微言轻过程自动进行与平衡的判据。

在隔离系统一切可能自动进行的过程必然是向着熵增大的方向进行，绝不可能发生∆S （隔）<0的过程，这又被称为熵增原理。

6、熵变计算的主要公式⎰⎰⎰-=+==∆212121r d d d d d T p V H T V p U T Q S对于封闭系统，一切可逆过程的熵变计算式，皆可由上式导出。

（1）∆S = nC V ,m ln(T 2/T 1) + nR ln(V 2/V 1)= nC p,m ln(T 2/T 1) + nR ln(p 2/p 1)= nC V ,m ln(p 2/p 1) + nC p,m ln(V 2/V 1)上式适用于封闭系统、理想气体、C V ,m =常数、只有pVT 变化的一切过程。

热力学第二定律公式
热力学第二定律是一种基本的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时所表现出的一般性规律。

它的公式表达式为ΔS ≥ δQ/T，其中ΔS代表热力学系统的熵增量，δQ代表系统受到的热量，T代表系统的绝对温度。

它的定义如下：当一个物质在发生热力学过程时，物质的熵增量ΔS必须大于系统受到的热量δQ除以系统的绝对温度T，即ΔS ≥ δQ/T。

这一定律表明，当物质发生热力学过程时，物质的熵总是在增加，而不会减少，即熵增量ΔS必须大于等于零，而不能小于零。

当一个物质发生热力学过程时，熵增量ΔS可能会大于δQ/T，这表明物质的熵增量不仅是由外加的热量所决定，还受到系统的温度影响，即熵增量也受到温度的影响，这也是热力学第二定律的一个重要内容。

热力学第二定律是一个重要的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时的一般规律，即物质的熵总是在增加，而不会减少，而且熵增量的大小也受到系统的温度的影响。

鉴于热力学第二定律的重要性，它已经成为热力学研究的基础，它在很多热力学相关问题的研究中都发挥着重要作用。

热力学第二定律公式
热力学第二定律描述了热能在任何发生物理或化学变化时的按照
规律运动，它是解释物理学中温度变化的关于热能运动的定律。

热力
学第二定律公式简单地表示为热能流动时，它对热源和汇合处的统一性。

其公式为dQ=TdS，其中dQ为热能流动的量，T是温度，dS是热能的熵变。

热力学第二定律是必需有一种热源，即热源处的守恒量需要大于
汇合处的守恒量，以实现传递和传导热能，即利用从热源处至汇合处
之间自然属性的压力。

而TdS，T代表温度，dS代表熵，熵是表示一个热站热量流动的量，它使得熵的变量影响热流的大小。

所以在TdS（T
温度的熵变）的影响下，熵增加量越大，热流量就越大，熵减小量越大，热流越小。

热力学第二定律告诉我们，任何热能运动的原理，其变化只能从
热源处至汇合处，而不是相反。

它也让我们明白，只有熵变才会影响
热流，熵变越大热流也越大，熵变越小热流也越小。

因此，我们可以
从历史和实验中考察物种热量和熵的定义，进而了解它们变化的规律。