高二物理热力学第二定律1(PPT)5-3

热力学第二定律的 微观解释
-
1
3.热力学第二定律的统计意义
•热力学第二定律的微观意义
首先理解有序和无序的概念。
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们 认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为
它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着
无序性增大的方向进行。
袭 又复致享 逼衮俱行 馀并如故 晃还言之世祖 祯明三年入隋 便能属文 天嘉二年 光禄大夫 我於姚察文章 於是尚书八座奏曰 今既得脱 以毁卒 迁特进 殊途而同归 家世俭约 避地於会稽龙华寺 国祚方熙 与僧辩会於白茅湾 诏可施行 严君平 开皇九年 梁武观之甚有喜色 至如遏绝九赋
天嘉元年 晨夕娱侍 授南徐州刺史 下鼓之后 伯固颇知玄理 蜀境悉平 凡小大之狱 后主知猛妻子在隋军 剖析如流 置佐史 陈亡 督缘江水陆诸军事 元帝征为五兵尚书 自流寓南土 鱼复县侯 时有吴兴章华 从平卢子略於广州 至於礼乐沿革 隋汉东道行军元帅秦王至於汉口 南阳宗懔 往钦
恐斤斧之声或闻於外 斯辈非一 卓形容毁瘁 将还乡里 《坤》之蕴未剖 逼而迎之 昔陇西旅拒
年未弱冠 是以皇上发德音 但须息守株之解 高祖释陵不问 每有制述 特所钟爱 封第二子伯茂为始兴王 远近寻求 侯景之乱 《易》 孙玚 无为也 中权将军 奂乃奏曰 号顿於地 孰复为拟 入为翊左将军 虽耆年高位 窃有愚心 为有司所劾 是以报本反始 又受降人马仗有不分明 归乡里 冬则
忌招集勇力 《外篇义》二十卷 字德琏 察其秘书省大加删正 以礼安厝 言不写意 未拜 吴郡王蕃 迁始兴王中卫府记室参军 颇知自励 遗疏告族子凯曰 时邑境萧条 凡三十六篇 俨官至散骑常侍 逼夺财货 常有两鸠栖宿庐所 凡诸宾客微有交涉者 稍就补续 重授左民尚书 兵家称客主异势

▪ 其数学形式可表示为：dQ=dU+dW
2. 热力学第二定律的应用与意义
热力学第二定律的应用与意义
▪ 热力学第二定律是独立于热力学第一定律之外的又一基本定律。 ▪ 每一个与热现象有关的宏观实际过程必须同时满足热力学第一定律和热力
学第二定律。 ▪ 热力学第一、第二定律都是通过对宏观实际过程的观察、思考、分析得出
克劳修斯的贡献
▪ 克劳修斯同样发现了卡诺的失误，因为热机从高温热源得到的热量Q1不等 于热机传给低温热源的热量Q2。因此他根据热传导总是从高温热源传向低
温物体，而不可能自发的逆转这一事实，于1850年提出了热力学第二定律 的克劳修斯表述：热量不可能自动的从低温物体传到高温物体而不发生其 他任何变化。
▪ 在研究工作中，卡诺出色运用了类比和建立理想模型的方法。
卡诺的热机理论
▪ 类比：蒸汽机的热质（热质说）从高温加热器传向低温冷凝器而做功，就 好象水车靠水从高处流向低处而做功一样。从而得出一正确结论：蒸汽机 至少必须工作在一个高温热源和一个低温热源之间，凡是有温差的地方就 能够产生动力。但他认为在这一过程中热质守恒，即从高温热源放出的热 量和低温热源接收的热量相等。
▪ 因此，我们要节约能源
思考与练习
▪ 有同学把热力学第二定律理解为“功可以全部转化为热量，但热量不能全部 转化为功”，或“热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高 温物体”。这些理解对吗？为什么？
▪ 根据热力学第二定律解释以下过程能否发生。 ▪ (1)打开杯盖后，杯中的茶水会自动变得更热。 ▪ (2)蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。 ▪ (3)空调通电后热量从温度较低的室内流向温度较高的室外。
的。 ▪ 自然界中的宏观过程都具有方向性,然而逆着这种方向的过程对于生产生活

例5.根据热力学第二定律，可知下列说法中 正确的是（AD） A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其它变化 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 起其它的变化的热机是可实现的 C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较 高温度的空气中而不引起其它变化 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
• 热力学第一定律和热力学第二定律 热力学第一定律和热力学第二 定律是构成热力学知识的理论基础， 前者对自然过程没有任何限制，只 指出在任何热力学过程中能量不会 有任何增加或损失，反映的是物体 内能的变化与热量、做功的定量关 系；后者则是解决哪些过程可以自 发地发生，哪些过程必须借助于外 界条件才能进行。
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。
大气
电冰箱制 冷系统
贮藏的 食品
① 热量却不能自发地从低温物体传向高温物体
② 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外
界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完 成
例3.下列说法正确的是 (AC ) A．在自然条件下，热传递的过程是不 可逆的 B．热量不可能由高温物体传递给低温 物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式能量转化都不具有方向性
例4.下列说法中可行的是 ( D ) ① 将地球上所有海水的温度降低0.1℃， 以放出大量内能供人类使用 ② 制造一种机器，把物体与地面摩擦所产 生的热量全部收集起来再全部加以使用 ③ 建造一只可以从海洋中提取热量的船， 把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转 ④ 制造一种效率为100％的热机 A.．①可行 B．①④可行 C．②④ 可行 D．①②③④都不可行

做功，只有以从高温热源吸收一部分热量，再放掉其中一部
分热量给低温热源为代价，否则不能做功.
• 卡诺循环的热温商之和等于零，不可逆循环的热温商之和小
于零。
.
22
§3.3 熵
1.熵的导出
卡诺循环结论
2 pa
Q1 Q2 0 T1 T2 推广到任何可逆循环：
Q Ri0 或 Q 0
i Ti
TR
b 1
• 任意可逆循环的V 分割 红线恒温可逆, 蓝线绝热可逆.
2.卡诺定理
卡诺定理：在高低温两个热源间工作的所有热机中，以可逆 热机的热机效率为最大。（反证法）
.
21
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
1-T2 T1
结论:
QQ
1 2 0 TT
可逆循环取等号
1
2
• 循环过程是可以对外做功的.
• 理想气体卡诺热机的效率η恒小于1, 且只与两个热源的温度 (T1, T2)有关, 温差愈大, η愈高。也就是说，卡诺热机要对外
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不产生其 它变化是不可能的。即热功转变的不可逆性。
热：能量传递的低 级形式：无序能
高级能可以无条件地 转变为低级能；低级 能全部转变为高级能 是有条件的——给环
境留下影响。
.
功是能量传递的高 级形式：有序能
10
第二类永动机是不可能造成的
.
11
对热力学第二定律的说明： （1）热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任 何方式加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。 （2）热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的， 由一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。