中国科学技术大学:《热力学与统计物理》课程教学资源(课件讲义)第二章 热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 2.1热力学第二定律的一般表述 2.2热的Caloric理论 2.3 热机简史 2.4 Carnot定理 2.5热的运动理论 2.6热力学第二定律 2.7热力学温标 2.8新的状态函数:熵 2.9熵流和熵产生 2.10热力学第二定律的熵表述
第二章 热力学第二定律 2.1 热力学第二定律的一般表述 2.2 热的 Caloric 理论 2.3 热机简史 2.4 Carnot 定理 2.5 热的运动理论 2.6 热力学第二定律 2.7 热力学温标 2.8 新的状态函数:熵 2.9 熵流和熵产生 2.10 热力学第二定律的熵表述

2.1热力学第二定律的一般表述 热力学第二定律的一般表述是:所有宏观过程都是不可逆的。 可逆过程和不可逆过程 Q可逆过程:过程中每一步都可以沿相反方向发生,并且不引 起外界的其他改变。 Q不可逆过程:非可逆过程的过程。 不可逆过程的违反可逆性的两个要求: Q要么不能反向发生 Q起死回生 Q返老还童 Q煮熟的鸡蛋还原了 Q要么反向发生引起外界的变化 Q热水放凉,但是没有凉水自发变热 凉水可以变热,但是需要外界加热或者做功 Q运动的物体由于摩擦,发热减速,动能转化为热。 但反过程不会自发发生:物体不会自发变冷然后动起来 无摩擦准静态过程是唯一一种可逆过程。但它是理想化的过 程,实际上是不存在的
2.1 热力学第二定律的一般表述 热力学第二定律的一般表述是:所有宏观过程都是不可逆的。 可逆过程和不可逆过程 可逆过程:过程中每一步都可以沿相反方向发生,并且不引 起外界的其他改变。 不可逆过程:非可逆过程的过程。 不可逆过程的违反可逆性的两个要求: 要么不能反向发生 起死回生 返老还童 煮熟的鸡蛋还原了 要么反向发生引起外界的变化 热水放凉,但是没有凉水自发变热 凉水可以变热,但是需要外界加热或者做功 运动的物体由于摩擦,发热减速,动能转化为热。 但反过程不会自发发生:物体不会自发变冷然后动起来 ☞ 无摩擦准静态过程是唯一一种可逆过程。但它是理想化的过 程,实际上是不存在的

和热力学历史有关的两种热力学第二定律的表述 0 Clausius表述:热传导是不可逆的,或者热不可能自发的从 低温转移到高温 0. Kelvin表述:不可能从单一热源取热并完全转成功而不引起 其他变化 露热力学第二定律很容易从经验、实践中得到验证 露但它和其他物理学定律非常不同 一 般定律均可以表示为等式的形式 如何从第二定律这种一般的表述里得到等式?
和热力学历史有关的两种热力学第二定律的表述 Clausius 表述:热传导是不可逆的,或者热不可能自发的从 低温转移到高温 Kelvin 表述:不可能从单一热源取热并完全转成功而不引起 其他变化 ☞ 热力学第二定律很容易从经验、实践中得到验证 ☞ 但它和其他物理学定律非常不同 一般定律均可以表示为等式的形式 如何从第二定律这种一般的表述里得到等式?

2.2 热的Caloric理论 Ancient greeks,Lavoisier,Poisson,Laplace,Carnot... Caloric:无质量,自我排斥的液体:温度~Caloric浓度 Ice calorimeter developed by Lavoisier and Laplace
2.2 热的 Caloric 理论 Ancient greeks, Lavoisier, Poisson, Laplace, Carnot · · · Caloric: 无质量,自我排斥的液体;温度 ∼Caloric 浓度 Ice calorimeter developed by Lavoisier and Laplace

Caloric理论 Caloric理论可以解释很多实验现象 o.Black的热平衡:液体达到相同高度 Q热容:液体容积 Delaroche and Berard错误的实验结果: 理想气体体积变大,热容增加 s保持压强不变→升温导致体积变大→热容增加:Cp> Cy Q热传导(包括热辐射):液体从高处流向低处 霉热可以在真空中传播 Fourier热传导理论 Q相变、潜热 露热可以附着在分子附近,使得分子间排斥变大一相变 。气体绝热过程导致温度改变 Lapalace据此修正了Newton理论,得到更准确的声速 oCarnot定理 露正确解释了热机的工作原理
Caloric 理论 Caloric 理论可以解释很多实验现象 Black 的热平衡:液体达到相同高度 热容:液体容积 ☞ Delaroche and Bérard 错误的实验结果: 理想气体体积变大,热容增加 ☞ 保持压强不变 ⇒ 升温导致体积变大 ⇒ 热容增加:𝐶𝑝 > 𝐶𝑣 热传导(包括热辐射):液体从高处流向低处 ☞ 热可以在真空中传播 ☞ Fourier 热传导理论 相变、潜热 ☞ 热可以附着在分子附近,使得分子间排斥变大 ⇒ 相变 气体绝热过程导致温度改变 ☞ Lapalace 据此修正了 Newton 理论,得到更准确的声速 Carnot 定理 ☞ 正确解释了热机的工作原理

2.3热机简史 Hero aeolipile (~60) "The Most Powerful Idea in the World:A Story of Steam,In- dustry,and Invention "William Rosen
2.3 热机简史 Hero aeolipile (∼60) “The Most Powerful Idea in the World: A Story of Steam, Industry, and Invention ”, William Rosen

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热机简史:Savery steam pump (∼1698) 17 世纪中叶英国的第一次 能源危机极大地推动了热 机的发展: ☞ Miner’s friend

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