河海大学：《大学物理》课程PPT教学课件（热学）第四章 热力学第二定律

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第四章 热力学第二定律 目录

第四章热力学第二定律 §4.1自然过程的方向 §42不可逆性的相互依存 §4.3热力学第二定律及其微观意义 §44热力学概率与自然过程的方向 §4.5玻耳兹曼熵公式与熵增加原理 §4.6可逆过程 §4.7克劳修斯熵公式 §4.8熵增加原理举例 §4.9温熵图 §4.10熵和能量退降

第四章 热力学第二定律 §4.1 自然过程的方向 §4.2 不可逆性的相互依存 §4.3 热力学第二定律及其微观意义 §4.4 热力学概率与自然过程的方向 §4.5 玻耳兹曼熵公式与熵增加原理 §4.6 可逆过程 §4.7 克劳修斯熵公式 §4.8 熵增加原理举例 §4.9 温熵图* §4.10 熵和能量退降*

§41自然过程的方向 只满足能量守恒的过程一定能实现吗? 自然界一切实际热力学过程都是按一个方向,反方向逆过程不可 能自动 设在某一过程中物体 状态A_→状态B一返回A,周围一切都恢复原状可逆过程 →不能恢复原状不可逆过程 1,功热转换 通过摩擦而使功变热 的过程是不可逆的 (irreversible) 因为热不能自动转化为功,功热转换过程具有方向性

§4.1 自然过程的方向 m 功热转换过程具有方向性。 1， 功热转换 通过摩擦而使功变热 的过程是不可逆的 （irreversible） 因为热不能自动转化为功， 只满足能量守恒的过程一定能实现吗？ 自然界一切实际热力学过程都是按一个方向，反方向逆过程不可 能自动。 状态A 状态 B 返回A，周围一切都恢复原状 可逆过程 不能恢复原状 不可逆过程 设在某一过程中物体

◆热传导( Heat conduction) 热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的; 因为热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 ◆气体的绝热自由膨胀( Free expansion) 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 ◆非平衡态到平衡态的过程是不可逆的 不可逆的 自动地 ●一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的

热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的； 因为 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 气体的绝热自由膨胀（Free expansion） 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 非平衡态到平衡态的过程是不可逆的 不可逆的 自动地 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 热传导 （Heat conduction）

§42不可逆性的相互依存 与热现象有关的宏 宏观过程的方向性 观过程的不可逆性 ◆各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互沟通的,即 种宏观过程的不可逆保证了另一种宏观过程的不可逆。 ,例:功变热的不可逆保证了热传导的不可逆保证了 假设,热可以自动转变成功,这将导致热可以自动 从低温物体传向高温物体

§4.2 不可逆性的相互依存 与热现象有关的宏 观过程的不可逆性 宏观过程的方向性 各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互沟通的，即 一, 例： 功变热的不可逆保证了热传导的不可逆保证了 假设， 热可以自动转变成功，这将导致热可以自动 从低温物体传向高温物体。 一种宏观过程的不可逆保证了另一种宏观过程的不可逆

假定热可以自动转变成功,此功可使转轴转动,使水温升 高为T寻致热可以自动低温物体传向高温物体 等价 TS T T< T 假设,热可以自动从低温物体传向高温物体, 这将导致热可以自动转变成功

T A T0< T Q T T0< T Q 等价 假定热可以自动转变成功，此功可使转轴转动，使水温升 高为T,导致热可以自动低温物体传向高温物体. 假设， 热可以自动从低温物体传向高温物体， 这将导致热可以自动转变成功

,例:气体向直空中绝热自 功变热的不可逆性 假设,热可以自动转变成功,这将导致气体可以自动压缩。 W T>T 等价 >T0

假设， 热可以自动转变成功，这将导致气体可以自动压缩。 W T0 Q T0 Q T>T0 T>T0 等价 气体向真空中绝热自 二, 例: 由膨胀的不可逆性 功变热的不可逆性

反之,假设气体可以自动被压缩 作功后自动被压缩 导致热可以自动转变成功 T 等价 所有宏观过程的不可逆性都是等价的

所有宏观过程的 不可逆性都是等价的。 T T T A 作功后自动被压缩 导致热可以自动转变成功 T A 反之,假设气体可以自动被压缩 等价

§4.3热力学第二定律及其微观意义 与热现象有关的宏观过程的不可逆性 宏观过程的方向性 自然宏观过程按一定方向进行的规律就是 热力学第二定律 ◆热力学第二定律的克劳修斯表述:热量不能自动地 由低温物体传向高温物体。 ◆热力学第二定律的开尔文-普朗克表述:其唯一效果 是热全部变成功的过程是不可能的。(单热源热机是不可能制 成的。)

§4.3 热力学第二定律及其微观意义 与热现象有关的宏观过程的不可逆性 宏观过程的方向性 自然 宏观过程按一定方向进行的规律就是 热力 学第二定律 热力学第二定律的克劳修斯 表述：热量不能自动地 由低温物体传向高温物体。 热力学第二定律的开尔文--普朗克表述：其 唯一效果 是热全部变成功的过程是不可能的。(单热源热机是不可能制 成的。)