一切自发过程都是不可逆的

一切自发过程都是不可逆的自发过程是指一个系统或物体在不受外界影响或干预的情况下自行发生或发展的过程。

不可逆性则指一个过程无法倒退或逆转，一旦发生即无法回到原来的状态。

根据热力学第二定律和统计力学的理论，可以得出结论：一切自发过程都是不可逆的。

首先，根据热力学第二定律，系统总是趋向于增加熵的方向发展，而熵是一个衡量系统无序程度的物理量。

熵增加意味着系统无序程度增加，系统变得更加混乱。

反过来，系统从无序向有序的演变是非常困难的，需要外力或输入能量才能实现。

因此，自发过程具有不可逆性。

以气体的演化过程为例，理想气体从高压区域到低压区域的扩散是一个自发过程。

单位时间内气体分子从高压区域通过管道排到低压区域，气体自发地从容器的一侧向另一侧扩散。

这个过程使得气体分子的空间分布更加均匀，系统的熵增加。

然而，逆过程，即气体自发地从低压区域聚集到高压区域是不可能的，需要外力或输入能量才能实现。

因此，气体扩散是不可逆的。

其次，统计力学的理论也支持一切自发过程都是不可逆的。

根据统计力学的观点，微观粒子的运动是具有确定性的，但大量微观粒子的集合可以表现出不可逆的性质。

这是因为微观粒子的运动是碰撞和相互作用的结果，而这些碰撞和相互作用是在统计平均意义下描述的。

因此，根据统计力学的原理，可以通过大量粒子的统计平均来描述宏观系统的性质。

举个例子，可以考虑两个气体分子在一个容器中相撞的过程。

在碰撞前，两个气体分子具有不同的速度和能量，碰撞后它们的速度和能量会发生改变。

然而，根据统计平均的结果，可以得出碰撞后气体分子的速度和能量是随机分布的。

也就是说，碰撞前的初始状态可以对应于多个不同的最终状态，而这些最终状态是无法通过碰撞来逆转的。

因此，气体分子的碰撞过程是不可逆的。

总结起来，一切自发过程都是不可逆的，这是基于热力学第二定律和统计力学的理论。

熵增加以及微观粒子的随机运动与相互作用导致自发过程的不可逆性。

不可逆性是自然界的普遍规律，它影响着许多自然现象和过程，对于我们认识和解释事物的发展和演化有着重要的意义。

第三章 热力学第二定律一、思考题1. 自发过程一定是不可逆的，所以不可逆过程一定是自发的。

这说法对吗？答： 前半句是对的，后半句却错了。

因为不可逆过程不一定是自发的，如不可逆压缩过程。

2. 空调、冰箱不是可以把热从低温热源吸出、放给高温热源吗，这是否与第二定律矛盾呢？答： 不矛盾。

Claususe 说的是“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化”。

而冷冻机系列，环境作了电功，却得到了热。

热变为功是个不可逆过程，所以环境发生了变化。

3. 能否说系统达平衡时熵值最大，Gibbs 自由能最小？答：不能一概而论，这样说要有前提，即：绝热系统或隔离系统达平衡时，熵值最大。

等温、等压、不作非膨胀功，系统达平衡时，Gibbs 自由能最小。

4. 某系统从始态出发，经一个绝热不可逆过程到达终态。

为了计算熵值，能否设计一个绝热可逆过程来计算？答：不可能。

若从同一始态出发，绝热可逆和绝热不可逆两个过程的终态绝不会相同。

反之，若有相同的终态，两个过程绝不会有相同的始态，所以只有设计除绝热以外的其他可逆过程，才能有相同的始、终态。

5. 对处于绝热瓶中的气体进行不可逆压缩，过程的熵变一定大于零，这种说法对吗？ 答： 说法正确。

根据Claususe 不等式TQS d d ≥，绝热钢瓶发生不可逆压缩过程，则0d >S 。

6. 相变过程的熵变可以用公式H ST∆∆=来计算，这种说法对吗？答：说法不正确，只有在等温等压的可逆相变且非体积功等于零的条件，相变过程的熵变可以用公式THS ∆=∆来计算。

7. 是否,m p C 恒大于 ,m V C ?答：对气体和绝大部分物质是如此。

但有例外，4摄氏度时的水，它的,m p C 等于,m V C 。

8. 将压力为101.3 kPa ，温度为268.2 K 的过冷液体苯，凝固成同温、同压的固体苯。

已知苯的凝固点温度为278.7 K ，如何设计可逆过程？答：可以将苯等压可逆变温到苯的凝固点278.7 K ：9. 下列过程中，Q ，W ，ΔU ，ΔH ，ΔS ，ΔG 和ΔA 的数值哪些为零？哪些的绝对值相等？（1）理想气体真空膨胀； （2）实际气体绝热可逆膨胀； （3）水在冰点结成冰；（4）理想气体等温可逆膨胀；（5）H 2（g ）和O 2（g ）在绝热钢瓶中生成水；（6）等温等压且不做非膨胀功的条件下，下列化学反应达到平衡：H 2（g ）+ Cl 2（g ）（g ）答： （1）0Q WU H ==∆=∆=（2）0, R Q S U W =∆=∆= （3）e 0, , P G H Q A W ∆=∆=∆= （4）e 0, =, U H Q W G A ∆=∆=-∆=∆ （5）e = 0V U Q W ∆==（6）0=W，H U Q ∆=∆=，0=∆=∆G A10. 298 K 时，一个箱子的一边是1 mol N 2 (100 kPa)，另一边是2 mol N 2 (200 kPa )，中间用隔板分开。

4热力学第二定律5初识熵［学习目标] 1。

了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。

3.了解有序和无序是相对的，知道熵的概念.4。

了解熵增原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述．一、热力学第二定律[导学探究］有人提出这样一种设想,发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来,而不引起其他变化．这是一个非常诱人的设想，这种设想并不违反能量守恒定律，如果真能造出这样的热机，那么,我们只从海水中吸收热量来做功，就成为可能了，“能源问题"也就解决了．这样的热机能制成吗？为什么?答案不能．违背了热力学第二定律．[知识梳理］1．两种表述（1）克劳修斯表述：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．阐述的是热传递的方向性．(2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不产生其他影响．阐述的是机械能与内能转化的方向性．2．两种表述是等效的两种表述看上去似乎没有联系，然而实际上它们是等效的,即由其中一个可以推导出另一个．3．热力学第二定律的其他描述（1）一切宏观自然过程的进行都具有方向性．（2）气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3）第二类永动机是不可能（填“可能"或“不可能”)制成的．4．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都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．5．第二类永动机（1）定义：假设某一系统吸收空气或海水中的热量,对外部做有用功，而又返回到初态．如此周而复始地反复进行，永不停止，该系统称为第二类永动机．(2）不可能制成的原因:不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律．(填“违反”或“不违反”)［即学即用]判断下列说法的正误．(1）机械能可以完全转化为内能．（√）(2)内能不可能完全转化为机械能．(×)（3）可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功．(√)（4)第二类永动机违背了能量守恒定律．(×)(5）第二类永动机违背了热力学第二定律．(√)二、初识熵［导学探究］固体自发地熔化为液体、固体结晶要比液体整齐有序；液体自发地蒸发为气体，液体分子的分布比气体分子要集中有序．两种不同气体相互扩散,由有序变为无序,这些现象都说明了什么问题？答案自发过程总是向着无序性增大的方向进行．[知识梳理]1．熵的概念(1)熵是系统无序性程度的量度．“有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵越高,意味着宏观态所对应的微观态数目越多，即越无序，熵越低即越有序．（2）熵是不可逆过程的共同判据系统的自发过程总是从有序向无序变化．因为熵是系统无序度的量度,所以可以用熵作为一切不可逆过程的共同判据．（3）熵是系统状态的函数系统的一个状态对应一个熵值．如一块完整的玻璃有一熵值，打碎的玻璃另有一个熵值．2．熵增原理——热力学第二定律的另一种表述孤立系统的熵总是增加的，或者孤立系统的熵总不减少．（1)“孤立系统”是指与外界既没有物质的交流，也没有能量的交换，即与外界没有任何联系的系统．（2)熵增是孤立系统内部实际发生过程的必然趋势．即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行．［即学即用]判断下列说法的正误．(1)一个系统中个体排列的“有序"和“无序"是绝对的．(×) (2）熵值越大代表着越有序．(×）（3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(×)一、对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地"“不可能”“不产生其他影响"的涵义1．“自发地”是指热量从高温物体“自发地"传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或不需借助其他物体提供能量等．2．关于“不可能"：实际上热机或制冷机系统循环终了时,除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．3．“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．例1（多选）根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（)A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化答案AD解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化,A选项正确，B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化（外界对系统做功)，故C选项错误,D选项正确．1一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现.2热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的.例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体,等温膨胀就是从单一热源吸收热量，使之完全用来做功.但不是自发的或是产生了其他影响。

06章一、填空题 （一）易（基础题）1、热力学第二定律的微观实质可以理解为：在孤立系统内部所发生的不可逆过程，总是沿着熵 增大 的方向进行。

2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了____功热转换__________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了___热传导_______的过程是不可逆的．3．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，外界对系统做功240J ，气体向外界放热620J ，则气体的内能 减少 (填增加或减少)，E 2—E 1= -380 J 。

4．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，内能 不变 ，吸收的热量全部用于对外界做功 。

5．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，对外做功120J ，气体的内能增量为280J ，则气体从外界吸收热量为 400 J 。

6、在孤立系统内部所发生的过程，总是由热力学概率 小 的宏观状态向热力学概率 大 的宏观状态进行。

7、一定量的单原子分子理想气体在等温过程中,外界对它作功为200J.则该过程中需吸热____-200____J.补充1、一定量的双原子分子理想气体在等温过程中,外界对它作功为200J.则该过程中需吸热____-200____J.补充2、一定量的理想气体在等温膨胀过程中，吸收的热量为500J 。

理想气体做功为 500 J 。

补充3、一定量的理想气体在等温压缩过程中，放出的热量为300J ，理想气体做功为 -300 J 。

8、要使一热力学系统的内能增加，可以通过 做功 或 热传递 两种方式，或者两种方式兼用来完成。

9、一定量的气体由热源吸收热量526610J ⋅⨯,内能增加541810J ⋅⨯,则气体对外作 功______J.10、工作在7℃和27℃之间的卡诺致冷机的致冷系数为 14 ，工作 在7℃和27℃之间的卡诺热机的循环效率为 6.67% 。

（二）中（一般综合题）1、2mol 单原子分子理想气体,经一等容过程后,温度从200K 上升到500K,则气体吸收的热量为_37.4810⨯____J.2、气体经历如图2所示的一个循环过程，在这个循环中，外界传给气体的净热量是 90J 。