《普通物理》课程教学资源（PPT课件）8-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

卡诺定理8-6热力学第二定律的表述第二定律的提出(1)功热转换的条件第一定律无法说明(2)热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明热力学第二定律的两种表述1开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来作功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化

1 开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工 作的热机，它只使单一热源冷却来作功，而不放出热 量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化 . 第二定律的提出 （1） 功热转换的条件第一定律无法说明. （2） 热传导的方向性、气体自由膨胀的不 可逆性问题第一定律无法说明. 一 热力学第二定律的两种表述

VEVpW1 (Pi1,Vi,T)Pi等温膨胀过程是从(P2,V2,T)单一热源吸热作功，而p22不放出热量给其他物体但它非循环过程0VV2V卡诺TiO高温热源T>T2循环是循Q1环过程TB但需两个卡诺热机W热源，且DO福2T2使外界发低温热源T2生变化O

等温膨胀过程是从 单一热源吸热作功， 而 不放出热量给其他物体 , 但它非循环过程 . 1 2 ( , , ) p 1 V1 T ( , , ) p 2 V2 T p 1 p 2 V1 V2 p o V W Q T E W 低温热源 T2 高温热源 T1 卡诺热机 Q 1 Q 2 W o V p T2 W T1 A B C D T1  T2 卡诺 循环是循 环过程， 但需两个 热源，且 使外界发 生变化

导管内水流下来冲动小轮，并用皮带使小轮带动大轮转动，于是拖动水斗，将水提上去永动机的设想图水又从导管上端流下，再带动小轮，这样就可以循环不已

永动机的设想图

2克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化：T高温热源T>T,QTB卡诺制冷机一WD低温热源T2虽然卡诺制冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化

虽然卡诺制冷机能把热量从低温物体移至高温 物体，但需外界作功且使环境发生变化 . 2 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体自 动传到高温物体而不引起外界的变化 . 高温热源 T1 低温热源 T2 卡诺制冷机 Q1 Q2 W V o p T2 W T1 A B C D T1  T2 Q2 Q1

(1)热力学第二定律是大量实验和经验的总结(2)热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯表述具有等效性：(3)热力学第二定律可有多种说法，每一种表述都反映了自然界过程进行的方向性

注 意 （1） 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. （3） 热力学第二定律可有多种说法，每一种表 述都反映了自然界过程进行的方向性 . （2） 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯表 述具有等效性

证明两种表述的等效性（反正法）高温热源T高温热源TQ9=0+02Q2O低温热源T低温热源T2即如果开尔文不成立，则克劳修斯也不成立

即如果开尔文不成立，则克劳修斯也不成立。 高温热源T1 低温热源T2 Q2 Q2 高温热源T1 低温热源T2 Q Q2 Q1 = Q + Q2 A 证明两种表述的等效性（反正法）

高温热源T高温热源TQ2Q1-Q2T低温热源T，低温热源T，即如果克劳修斯不成立，则开尔文也不成立

Q2 高温热源T1 低温热源T2 Q2 Q2 Q1 A 高温热源T1 低温热源T2 Q1 −Q2 A 即如果克劳修斯不成立，则开尔文也不成立

热力学第二定律的实质自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.完全功热热功转换不完全有序无序自发自发传热高温物体低温物体热传导非自发传热非均匀、均匀、平衡非平衡自发

非自发传热 自发传热 ➢ 热传导 高温物体 低温物体 ➢ 热功转换 完全 功 不完全 热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是 不可逆的 . 热力学第二定律的实质 有序 自发 无序 非均匀、非平衡 均匀、平衡 自发

例试证在p-V图上两条绝热线不能相交解：假设两条绝热线I与I在p-V图上相交于一点A，如图所示现在在图上画一等温线Ⅲ，使II它与两条绝热线组成一个循环这个循环只有一个单热源，它II把吸收的热量全部转变为功即n=100%，并使周围没有变化。显然这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交

解:假设两条绝热线I与II在p-V 图上相交于一点A，如图所示。 现在在图上画一等温线Ⅲ ，使 它与两条绝热线组成一个循环。 这个循环只有一个单热源，它 把吸收的热量全部转变为功即 ＝100％，并使周围没有变 化。显然这是违反热力学第二 定律的，因此两条绝热线不能 相交。 例 试证在 p-V 图上两条绝热线不能相交。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ p V A

可逆过程与不可逆过程可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而不引起其他变化这样的过程叫山做可逆过程pA准静态等温过程(p1,Vi,T)p1A-热源T(p2, V2, T)p2ViCV2 V

准静态无摩擦过程为可逆过程 可逆过程 : 在系统状态变化过程中,如果逆过 程能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程 . 二 可逆过程与不可逆过程