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解读“热力学第二定律”江苏省如东高级中学（226400）刘永华热力学第二定律是热力学的主要理论基础之一，许多学生在对热力学第二定律的理解上存在着一些似是而非的认识。
在课堂教学中，教师可从如下三个层面来帮助学生准确理解热力学第二定律。
一两种经典表述1 按照热传导的方向性来表述(克劳修斯表述)克劳修斯在对许多自然界中的现象观察时发现，热量的传递有一种规律性，这就是：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
于是在1850年将热力学第二定律表述为：不可能使热量从低温物体传向高温物体，而不引起其他变化。
理解时特别注意，这里所谓“自发地”或“不引起其他变化”，指的是没有任何外界的帮助或影响。
可见，在表述中特别强调了不需要任何外界的帮助，如果引起了其他变化，热量是可以从低温物体传向高温物体的。
例如，电冰箱在外界对其做功的情况下(耗电)，显然能够不断地把热量由低温物体(电冰箱内部)传向高温物体(电冰箱外部)的；而一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气，相反外界的热量却会自发地传给冰箱，使其内部温度逐渐升高。
2 按照机械能与内能转化过程的方向性来表述(开尔文表述)课本中是以内燃机为例，来阐述热机必须有热源和冷凝器，没有冷凝器的热机，即“理想热机——第二类永动机”是不可能制成的。
对这段内容可这样理解：设气缸中气体得到燃料燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做的功为W，然后排出废气，同时将Q2的热量散发到大气中。
由能量守恒可得Q1=W+Q2，热机的效率η=W/Q1，要想使η=100%，就必须使Q2=0，即要求工作物质在一个循环过程中，把从高温热源吸收的热量Q1，全部变为有用的机械功W，而工作物质本身又回到初始状态，并不放出任何能量到低温热源中去。
这种“理想热机”并没有违背热力学第一定律。
然而尝试提高热机效率的大量实践表明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸收到的热量变为有用功，就不可避免地要把热量传给外界的低温热源，所以热机必须有热源和冷凝器，没有冷凝器的热机是不存在的，热机的效率也必然小于100%。
热力学第二定律一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。
二、 热力学第二定律1. 热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功）功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】（无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关四、 熵的概念1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+ηηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2. 热温商：热量与温度的商3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η（数值上相等） 4. 熵的性质：（1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质（2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变（4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。
热力学第二定律的表述理解热力学第一定律阐明了能量转换过程中的守恒关系，指出了不消耗能量而能不断输出功的第一类永动机确是一种幻想。
热力学第二定律则更深刻地揭示了能量的品质问题。
熵，或许发明这一物理量的先贤也未始能预料到其对自然科学甚至哲学竟能产生如此巨大的影响。
热力学第二定律有数种表达形式，最闻名于世的有克劳修斯表达和开尔文表达。
1.开尔文表述英国物理学家开尔文（1824～1907），1845年毕业于剑桥大学，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学教授，长达50余年，1851年被选为英国皇家学会会员，1877年被选为法国科学院院士，1890年至1895年担任皇家学会会长，他对热学和电磁学的发展都作出了重要的贡献。
1851年开尔文在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇论文，题目是“论热的动力理论”，文章指出：不存在这样一个循环过程，系统从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响.表述中“单一热源”是指温度均匀且恒定的热源；“其他影响”指除了由单一热源吸热，把吸收的热用来做功以外的任何其他变化.若有其他影响产生时，把由单一热源吸来的热量全部用以对外做功是可能的.自然界任何形式的能都可能转化为热，但热却不能在不产生其他影响的条件下完全转变成其他形式的能.开尔文的论述虽然较克劳修斯晚一年，但他的论述更为明确，使得热力学第二定律的研究更加深入，此外，开尔文还从第二定律断言：能量耗散是普遍趋势.2.克劳修斯表述德国物理学家克劳修斯（1822～1888），曾在柏林大学学习4年，后于1848年毕业于哈雷大学.1850年他任柏林皇家炮工学校物理教授，1855年后他相继任苏黎士维尔茨堡和波恩大学物理教授.他除了建立热力学第二定律，引入态函数——熵，还对气体分子动理论做了较全面的论述，用统计平均的方法导出了理想气体的压强、温度和气体的平均自由程公式。
克劳修斯于1850年在《德国物理学年鉴》上率先发表了《论热的动力及能由此推出的关于热本质的定律》，把卡诺定理作了扬弃而改造成与热力学第一定律并列的热力学第二定律.他提出，热量总是自动地从高温物体传到低温物体，不可能自动地由低温物体向高温物体传递.或者说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.即在自然条件下，这个转变过程是不可逆的，若想让热传递的方向逆转，则必须消耗功才能实现.以上两种表述是等效的，说明了热量不可能全部转化为机械功以及这一转化过程的方向性.人们一度曾设想一种能从单一热源吸收热量，使之完全转变成有用的机械功而不产生其他影响的第二类永动机，第二类永动机虽不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律，因而是不可能造成的.第二定律除了以上两种表述外，还有其他不同的表述，例如热效率为100%的热机是不可能制成的；不需要由外加功而可操作致冷的机器是不可能造成的等.第二定律无论采用何种表述，其内容实质相同，不外乎主张不可逆变化的存在.各种表述的实质在于说明一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
大学物理热力学第二定律知识点总结热力学第二定律是大学物理热学部分的重要内容，它揭示了热现象过程中的方向性和不可逆性。
理解和掌握热力学第二定律对于深入研究热学以及相关领域具有重要意义。
以下是对热力学第二定律相关知识点的详细总结。
一、热力学第二定律的表述1、克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
这意味着热传递的过程具有方向性，如果没有外界的干预，热量只会从高温物体流向低温物体，而不会反向流动。
2、开尔文表述不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
也就是说，第二类永动机是不可能制成的。
第二类永动机是指一种能够从单一热源吸热，并将其全部转化为功，而不产生其他变化的热机。
二、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看，热力学第二定律反映了大量分子热运动的无序性。
在一个孤立系统中，分子的热运动总是从有序趋向无序，这是一个自发的过程。
比如，将不同温度的气体混合在一起，它们会自发地达到温度均匀分布的状态，而不会自动地分离成原来的不同温度区域。
这是因为分子的无规则运动使得它们更容易趋向无序的分布。
三、熵熵是描述系统无序程度的热力学概念。
熵的增加表示系统的无序程度增加。
对于一个绝热过程，系统的熵永不减少。
如果是可逆绝热过程，熵不变；如果是不可逆绝热过程，熵增加。
熵的计算公式为：＄dS ＝＼frac{dQ}｛T}＄，其中＄dQ$ 是微元过程中的吸热量，＄T$ 是热力学温度。
四、卡诺循环与卡诺定理1、卡诺循环卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，是一种理想的热机循环。
通过卡诺循环，可以计算出热机的效率。
卡诺热机的效率为：＄＼eta ＝ 1 ＼frac{T_2}｛T_1}＄，其中＄T_1$ 是高温热源的温度，＄T_2$ 是低温热源的温度。
2、卡诺定理（1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关。
（2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。
热力学第二定律摘要：继热力学第一定律之后克劳修斯和开尔文提出了热力学第二定律，本文介绍了热力学第二定律的定义及热力学第二定律使用的条件，除此之外还介绍了它的单方性的性质，为了加深读者对热力学第二律的理解，本文列举了热力学第二定律的部分应用仅供读者参考。
关键词：热力学第二定律；克劳修斯；开尔文；单方向性作者简介：0引言：热力学第一定律指出各种形式的能量在相互转化的过程中必须满足能量守恒定律，对过程行进的方向并没有给出任何限制。
但是实际发生的过程中如果涉及热量或内能与其形式能量的转化。
则所有过程都是具有单方向性。
更普遍的说，凡是涉及热现象的实际过程的方向问题。
它是独立于热力学第一定律的另一个定律。
卡诺提出了卡诺定理，但是卡诺对热机工作过程的认识是不正确的，他认为热机是通过把从高温热源传到热源做功的，工作物质从高温热源吸取热量与在低温热源放出的热量相等，犹如水利及做功是通过水从高处流向低处，在高处和低处流过的水量是一样的。
在热力学第一定律被发现以后克劳修斯和开尔文分别审了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理要有一个新的原理，从而发现了热力学第二律。
1热力学第二定律简介1.1热力学第二定律定义不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；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；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
①克氏表述：在与外界没有物质和能量交换的封闭系统（如热水瓶）中。
②开氏表述：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。
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[1]。
上述①中的内容是克劳修斯在1850年提出的。
②的讲法是开尔文于1851年提出的。
这些表述都是等效的。
在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。
