中国地质大学春地球化学 热力学第二定律
热力学第二定律
威廉·汤姆逊（William Thomson，Lord Kelvin，1824 ~1907），英国数学物理学家、发明家，热力学的主 要奠基人之一。1848年创立了热力学温标；1851年 提出热力学第二定律；1852年发现了焦耳－汤姆逊效 应。
普朗克（Max Planck，1858~1947），德国物理 学家，量子力学的创始人，博士论文《论热力学 的第二定律》，在1918年获得Nobel物理学奖。
热流科学与工程教育部重点实验室 Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE
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热工基础
第三节 热力学第二定律
三、 卡诺循环(Carnot Cycle)和卡诺定律
2. 概括性卡诺循环
T a
T1
回热：循环中工质内部互相传递
例如：现代火电厂，水蒸气温度T1=1000 K，环境温度T2=300 K
所：
c
1 300 1000
70%
热流科学与工程教育部重点实验室 Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE
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热工基础
第三节 热力学第二定律
三、 卡诺循环(Carnot Cycle)和卡诺定律
或：热不可能自发的、不付代价的从低温物体传至高温物体。 It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lowertemperature body to a higher-temperature body.
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学领域中的基本定律之一，它描述了自然界中的物质运动和能量转化的方向性。
本文将详细介绍热力学第二定律的概念、原理及其在热力学系统中的应用。
1. 热力学第二定律的概念热力学第二定律是指在孤立系统中，任何自发过程都会导致熵的增加，而不会导致熵的减少。
其中，孤立系统是指与外界没有物质和能量交换的系统，熵是描述系统无序程度或混乱程度的物理量。
2. 热力学第二定律的原理热力学第二定律有多种表述形式，其中最常用的是凯尔文-普朗克表述和克劳修斯表述。
2.1 凯尔文-普朗克表述凯尔文-普朗克表述认为不可能通过单一热源从热能的完全转化形式（即热量）中提取能量，并将其完全转化为功。
该表述包括两个重要概念：热机和热泵。
热机是指将热能转化为功的设备，而热泵则是将低温热源的热量转移到高温热源的设备。
2.2 克劳修斯表述克劳修斯表述认为不可能存在这样的过程：热量从低温物体自发地传递到高温物体。
这一表述可由热力学第一定律和熵的概念推导得出。
3. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在能量转化和机械工程领域具有广泛的应用。
以下将介绍几个实际应用。
3.1 热机效率根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，即不可能将一定量的热能完全转化为功。
热机的效率定义为输出功与输入热量之比，常用符号为η。
根据卡诺热机的理论，热机的最高效率与工作温度之差有关。
3.2 热力学循环过程热力学循环过程是指系统在经历一系列状态变化后，最终回到初始状态的过程。
根据热力学第二定律，热力学循环过程中所涉及的热机或热泵的效率不可能大于卡诺循环的效率。
3.3 等温膨胀过程等温膨胀过程是热力学第二定律的应用之一。
在等温膨胀过程中，系统与热源保持恒温接触，通过对外做功来改变系统的状态。
根据热力学第二定律，等温膨胀过程无法实现自发进行，必须进行外界功输入才能实现。
4. 热力学第二定律的发展和突破随着科学技术的发展，人们对热力学第二定律的认识不断深化。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的一个重要定律，它描述了热量的自发传递方向和能量转化的不可逆性。
本文将从理论和实际应用两个方面来阐述热力学第二定律，并探讨其在工程和自然界中的重要性。
一、理论基础热力学第二定律是基于能量守恒和熵增原理而建立的。
能量守恒表明能量在一个系统中总量不变，而熵增原理则指出孤立系统的总熵会增加，即系统的无序性会增加。
基于这些原理，热力学第二定律提出了热量只能从高温物体传递到低温物体的方向性，并且能量转化始终伴随着熵增。
二、实际应用热力学第二定律的应用广泛，涵盖了工程、生物、地球科学等多个领域。
以下分别从这些领域中选取一个具体案例来说明。
1. 工程中的应用在工程领域，热力学第二定律为能源转化和热力学循环的设计提供了重要的指导。
以汽车发动机为例，发动机的工作过程涉及能量的转化和热量的传递。
根据热力学第二定律，发动机在能量转化的过程中会产生一定的热量损失，这就需要优化发动机的设计，提高能量利用率，减少能量的浪费。
2. 生物系统中的应用在生物学中，热力学第二定律对于生物系统的运行也有着重要的影响。
例如，在生物代谢过程中，物质分解释放的热能会产生熵增，而细胞通过耗散热量来维持自身内部的有序状态。
同时，生物系统也必须遵循热力学第二定律，保持能量在生物体内的传递方向。
3. 地球科学中的应用热力学第二定律在地球科学中也有重要应用。
例如，在气候系统中，热力学第二定律影响着能量的分布和传递。
太阳辐射使得地球表面变热，而地球的辐射则会向空间中传递热量。
热力学第二定律告诉我们，地球气候系统会趋向于产生熵增，这对于理解气候变化具有重要意义。
三、重要性和应用前景热力学第二定律不仅在工程和科学研究中具有重要意义，也是我们理解自然界和宇宙演化的基石之一。
它揭示了自然界中许多现象不可逆性的本质，引导着我们对能源利用、环境保护等问题的思考。
热力学第二定律的应用前景广阔。
随着人类对能源、环境和气候变化等问题的关注不断增加，热力学第二定律相关的研究也在不断深化。
热力学的第二定律自然趋向混乱的趋势
热力学的第二定律自然趋向混乱的趋势热力学是研究能量转化和传递的物理学科，其第二定律是热力学中最重要的定律之一。
根据第二定律，自然趋向于混乱。
本文将探讨热力学的第二定律以及自然趋向混乱的趋势，以揭示其背后的物理原理。
一、热力学的第二定律简介热力学的第二定律是描述热力学过程中能量转化和传递方向性的定律。
根据第二定律，自然过程中，总是趋向于熵增，即物理体系的混乱程度增加。
简单来说，热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统内的有序性会逐渐减少，而混乱度会不断增加。
二、自然趋向混乱的物理原理为了理解热力学第二定律自然趋向混乱的趋势，我们需要了解熵的概念。
熵是用来衡量物理体系混乱程度的物理量，记作S。
熵越大，体系的混乱程度就越高。
热力学第二定律的自然趋向混乱可以通过统计力学来解释。
统计力学揭示了微观粒子在热力学系统中的运动规律。
根据统计力学，热力学系统中微观粒子的状态是不断变化的，它们与周围环境的相互作用会导致粒子的位置和速度发生变化。
在任意一个时刻，微观粒子的状态是相对有序的，但是随着时间的推移，粒子的位置和速度会经历各种变化，最终导致整个系统的混乱度增加，也就是熵的增大。
三、熵增的趋势和不可逆性过程根据热力学第二定律，自然趋向混乱的趋势不可逆。
这意味着，一个自发进行的过程，无法倒转、回到过去的状态。
熵的增加是不可逆过程的一个重要标志。
在自然界中，我们观察到很多现象都与熵的增加有关。
例如，我们可以观察到一杯热水会逐渐冷却，而不会自动变热。
这是因为热量从高温区域传递到低温区域，热量的传递会导致系统的混乱度增加，即熵的增加。
无法逆转的过程表明了混乱度的不断增加。
四、熵增和可逆过程的关系虽然熵增是一个不可逆过程，但是对于某些特殊情况下的系统，熵可以保持不变，这被称为可逆过程。
可逆过程是指在一个具体的过程中，熵的变化为零。
然而，在实际应用中，可逆过程很难实现。
五、混乱趋势的应用与影响热力学第二定律自然趋向混乱的趋势在现实生活中有广泛的应用和影响。
请简述热力学第二定律
热力学第二定律是指孤立热力学系统的熵不减少，总是增大或者不变。
它用来给出一个孤立系统的演化方向，说明一个孤立系统不可能朝低熵的状态发展，即不会变得有序。
热力学第二定律有多种表述方式，其中克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，开尔文表述为不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
这个定律是热力学的基本定律之一，对于任何孤立的系统，其熵值只可能增加，不可能减少。
这意味着自然界的自发过程总是朝着熵增的方向发展，即从有序到无序，从低能量状态到高能量状态。
此外，热力学第二定律也涉及到能量的转换和利用。
根据这个定律，能量从一种形式转化为另一种形式时，总会有一定的损失。
例如，在蒸汽机中，热能转化为机械能时，总会有一些热量散失到环境中，无法被回收利用。
因此，这个定律也说明了能量利用的限制和效率问题。
最后，热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它描述了孤立系统的熵增和能量的转换与利用等问题，对于我们理解自然界的自发过程和能量利用的限制具有重要的意义。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律（second law of thermodynamics），热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。
1824年，法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。
德国人克劳修斯（Rudolph Clausius）和英国人开尔文（Lord Kelvin）在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。
他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。
这两种表述在理念上是等价的。
违背热力学第二定律的永动机称为第二类永动机。
微克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
英国物理学家开尔文（原名汤姆逊）在研究卡诺和焦耳的工作时，发现了某种不和谐：按照能量守恒定律，热和功应该是等价的，可是按照卡诺的理论，热和功并不是完全相同的，因为功可以完全变成热而不需要任何条件，而热产生功却必须伴随有热向冷的耗散。
他在1849年的一篇论文中说：“热的理论需要进行认真改革，必须寻找新的实验事实。
”同时代的克劳修斯也认真研究了这些问题，他敏锐地看到不和谐存在于卡诺理论的内部。
他指出卡诺理论中关于热产生功必须伴随着热向冷的传递的结论是正确的，而热的量（即热质）不发生变化则是不对的。
克劳修斯在1850年发表的论文中提出，在热的理论中，除了能量守恒定律以外，还必须补充另外一条基本定律：“没有某种动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温。
”这条定律后来被称作热力学第二定律。
开尔文表述不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。
这是从能量消耗的角度说的。
开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能实现[4] 。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的重要定律之一，它描述了热量在自然界中的传递方向。
热力学第二定律对于理解能量转化和宇宙演化具有重要意义。
在本文中，我们将探讨热力学第二定律的基本原理和应用。
1. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以从不同角度进行表述，但最为常见的是开尔文-普朗克表述和卡诺定理。
1.1 开尔文-普朗克表述开尔文-普朗克表述中，热力学第二定律可以简要地概括为“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
”这意味着热量的传递是不可逆的，自然趋向于热量从高温物体传递到低温物体。
1.2 卡诺定理卡诺定理是另一种常见的表述方式，它描述了理想热机的最高效率。
根据卡诺定理，任何一台工作在两个温度之间的热机的效率都不会超过理论上的最高效率，这个最高效率由热源温度和冷源温度决定。
2. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在许多领域都有重要的应用，下面我们将介绍几个常见的应用领域。
2.1 工程领域在工程领域中，热力学第二定律被广泛运用于热能转化系统的设计和优化。
例如，在汽车发动机中，通过合理设计燃烧过程、热能回收和废热利用等手段，可以提高发动机的效率，减少能量的浪费。
2.2 环境科学热力学第二定律的应用也涉及到环境科学领域。
例如，根据热力学第二定律的原理，热力学模型可以用于预测和评估环境中的能量传递和转化过程。
这有助于我们更好地理解和管理环境资源。
2.3 生命科学热力学第二定律在生命科学中也有广泛的应用。
生物体内的能量转化和代谢过程都受到热力学定律的限制。
通过热力学模型的建立和分析，可以深入研究生物体内能量转化的机理与调控。
3. 热力学第二定律的发展与挑战热力学第二定律的发展经历了许多里程碑，但仍然存在一些挑战和未解之谜。
3.1 热力学第二定律与时间箭头热力学第二定律与时间箭头之间的关系是一个待解之谜。
根据热力学第二定律，熵在一个封闭系统中总是增加的，即系统总是趋向于混乱状态。
然而，宇宙的演化似乎表明时间具有一个明确的方向，即宇宙从低熵状态（有序状态）向高熵状态（混乱状态）演化。
热力学第二定律具体内容
热力学第二定律具体内容：热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处.热力学第二定律是描述热量的传递方向的分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能.此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵（entropy）增高的方向发展.熵是一种不能转化为功的热能.熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度.高、低温度各自集中时,熵值很低；温度均匀扩散时,熵值增高.物体有秩序时,熵值低；物体无序时,熵值便增高.现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加.克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文表述不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能造成.若要简捷热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体。
第三章热力学第二定律
第三章 热力学第二定律一．基本要求1．了解自发变化的共同特征，熟悉热力学第二定律的文字和数学表述方式。
2．掌握Carnot 循环中，各步骤的功和热的计算，了解如何从Carnot 循环引出熵这个状态函数。
3．理解Clausius 不等式和熵增加原理的重要性，会熟练计算一些常见过程如：等温、等压、等容和,,p V T 都改变过程的熵变，学会将一些简单的不可逆过程设计成始、终态相同的可逆过程。
4．了解熵的本质和热力学第三定律的意义，会使用标准摩尔熵值来计算化学变化的熵变。
5．理解为什么要定义Helmholtz 自由能和Gibbs 自由能，这两个新函数有什么用处？熟练掌握一些简单过程的,,H S A ΔΔΔ和G Δ的计算。
6．掌握常用的三个热力学判据的使用条件，熟练使用热力学数据表来计算化学变化的，和r m H Δr m S Δr m G Δ，理解如何利用熵判据和Gibbs 自由能判据来判断变化的方向和限度。
7．了解热力学的四个基本公式的由来，记住每个热力学函数的特征变量，会利用d 的表示式计算温度和压力对Gibbs 自由能的影响。
G 二．把握学习要点的建议自发过程的共同特征是不可逆性，是单向的。
自发过程一旦发生，就不需要环境帮助，可以自己进行，并能对环境做功。
但是，热力学判据只提供自发变化的趋势，如何将这个趋势变为现实，还需要提供必要的条件。
例如，处于高山上的水有自发向低处流的趋势，但是如果有一个大坝拦住，它还是流不下来。
不过，一旦将大坝的闸门打开，水就会自动一泻千里，人们可以利用这个能量来发电。
又如，氢气和氧气反应生成水是个自发过程，但是，将氢气和氧气封在一个试管内是看不到有水生成的，不过，一旦有一个火星，氢气和氧气的混合物可以在瞬间化合生成水，人们可以利用这个自发反应得到热能或电能。
自发过程不是不能逆向进行，只是它自己不会自动逆向进行，要它逆向进行，环境必须对它做功。
例如，用水泵可以将水从低处打到高处，用电可以将水分解成氢气和氧气。
热力学第二定律知识点总结
热力学第二定律知识点总结热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，其中热力学第二定律是热力学的核心和基础。
热力学第二定律描述了自然界中热量如何传递的方向和限制。
本文将对热力学第二定律的几个重要知识点进行总结。
一、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述形式，其中最为常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出，不能将能量从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化。
换句话说，热量只能从高温物体传递到低温物体，不可能自发地从低温物体移动到高温物体中。
开尔文表述则强调了热力学第二定律的实际应用，它指出热量不可能从自发流动的热源中完全转化为功，一定会有一部分热量转化为无用的热量，最终导致热能的不可逆损失。
二、熵的概念熵是描述热力学系统混乱程度或无序程度的物理量。
熵的增加表示系统的混乱度增加，而熵的减少则表示系统的混乱度减少。
根据热力学第二定律，孤立系统的熵总是会增加，不可能自发减少。
根据熵的定义，我们可以得出一个结论：任何自发过程都会伴随着熵的增加。
这也是为什么自发发生的过程是不可逆的原因之一。
熵的增加导致能量的不可逆转化，使得系统无法恢复到原来的状态。
三、热机效率和热泵效率热机效率是指热机从热源中吸收的热量与做功所消耗的热量之比。
根据热力学第二定律，热机效率的上限由克劳修斯表述给出，即热机效率不能超过1减去低温热源与高温热源的温度比之间的比值。
热泵效率是指热泵从低温热源中吸收的热量与提供给高温热源的热量之比。
热泵效率的上限同样由克劳修斯表述限制。
四、热力学不可逆性热力学第二定律揭示了热力学过程的不可逆性。
不可逆性的存在使得热流只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向流动。
不可逆性还导致了热机效率和热泵效率的存在上限。
热力学第二定律的不可逆性在自然界广泛存在，如热传导、功的转化等过程都受到了不可逆性的约束。
能量的不可逆流动使得一部分能量转化为无用的热量，增加了能量损失。
五、热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程和科学研究中有着广泛的应用。
第三章热力学第二定律
第三章 热力学第二定律一、本章小结热力学第二定律揭示了在不违背热力学第一定律的前提下实际过程进行的方向和限度。
第二定律抓住了事物的共性，推导、定义了状态函数—熵，根据熵导出并定义了亥姆霍兹函数和吉布斯函数，根据三个状态函数的变化可以判断任意或特定条件下实际过程进行的方向和限度。
通过本章的学习，应该着重掌握熵、亥姆霍兹函数和吉布斯函数的概念、计算及其在判断过程方向和限度上的应用。
同时，进一步加深对可逆和不可逆概念的认识。
自然界一切自发发生的实际宏观过程均为热力学不可逆过程。
而在没有外界影响的条件下，不可逆变化总是单向地趋于平衡态。
主要定律、定义及公式：1. 热力学第二定律克劳修斯说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响。
” 开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量使之完全转化为功而不产生其它影响。
” 2. 热力学第三定律： 0 K 时纯物质完美晶体的熵等于零。
()*m 0lim ,0T S T →=完美晶体 或 ()*m0K 0S =完美晶体，。
3. 三个新函数的定义式r δd Q S T =或 2r1δΔQ S T=⎰A U TSG H TS=-=-物理意义：恒温过程 r dA W δ=恒温恒压过程 'r dG W δ=4. 定理卡诺定理：在T 1与T 2两热源之间工作的所有热机中，卡诺热机的效率最高。
12121T T Q Q T Q ⎧-+≥⎨⎩＞不可逆循环＝可逆循环 12120,0,Q Q T T <⎧+⎨=⎩不可逆循环可逆循环克劳修斯不等式：2121δ,Δδ,Q T S Q T⎧>⎪⎪⎨⎪=⎪⎩⎰⎰不可逆过程可逆过程熵增原理：0,Δ0,S >⎧⎨=⎩绝热不可逆过程绝热可逆过程5. 过程判据熵判据：适用于任何过程；iso sysamb ΔΔΔS S S =+ 000>⎧⎪=⎨⎪<⎩，不可逆，可逆，不可能发生的过程亥姆霍兹（函数）判据：适用于恒温恒容，W ＇=0的过程；,0,d 00T VA <⎧⎪⎨⎪>⎩自发＝，平衡，反向自发 吉布斯（函数）判据：适用于恒温恒压，W ＇=0；,0,d 00T p G <⎧⎪⎨⎪>⎩自发＝，平衡，反向自发 6. 熵变计算公式最基本计算公式：2r1δΔQ S T=⎰次基本计算公式：21d d ΔU p VS T+=⎰（δW ＇= 0 ） 理想气体pVT 变化熵变计算公式：22,m 11Δln ln V T V S nC nR T V =+ 21,m 12Δlnln p T p S nC nR T p =+ 22,m ,m 11Δlnln V p p V S nC nC p V =+ 请读者自己从次基本计算公式推出以上三式，再由以上三式分别推导出理想气体恒温、恒压、恒容熵变计算公式。
热力学第二定律详解
热力学第二定律（英文：seco nd law of thermody namics ）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性一一孤立系统自发地朝着热力学平衡方向最大熵状态演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。
这一定律的历史可追溯至尼古拉•卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。
定律有许多种表述，其中最具代表性的是克劳修斯表述（1850 年）和开尔文表述（1851年），这些表述都可被证明是等价的。
定律的数学表述主要借助鲁道夫•克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。
虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。
这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。
定律本身可作为过程不可逆性旦:P.262及时间流向的判据。
而路德维希•玻尔兹曼对于熵的微观解释一一系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等克劳修斯表述克劳修斯克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。
虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源，但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。
1850年克劳修斯将这一规律总结为: 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开尔文表述参见：永动机#第二类永动机开尔文勋爵开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。
第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。
功能够自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条件的，而且转化效率有所限制。
也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。
1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为:不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响两种表述的等价性上述两种表述可以论证是等价的：1.如果开尔文表述不真，那么克劳修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述的热机A，可以从低温热源匚吸收热量’”并将其全部转化为有用功：…。
热力学第二定律内容
热力学第二定律内容热力学第二定律。
热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它揭示了自然界中热现象的方向性和不可逆性。
热力学第二定律的核心内容是热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而是相反的，热量只能自发地从高温物体传递到低温物体。
这一定律对于热机的工作效率、热平衡、熵增加等方面都有着重要的意义。
热力学第二定律的一个重要表述是克劳修斯表述，它指出不存在这样的热机，它从一个热源吸收热量，将其完全转化为功，然后不产生其他效果地将热量排出到另一个热源中。
这一表述揭示了热机的工作效率受到一定限制的事实，即不可能制造出百分之百的热机。
另一个重要的表述是开尔文表述，它指出不可能有这样的过程，使得一个系统只吸热而不放热，而整个系统的环境不产生任何变化。
这一表述揭示了热力学过程的不可逆性，即热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体。
热力学第二定律的基本原理是基于统计物理学的微观角度加以解释的。
微观粒子的热运动是无序的，而热量自发地从高温物体传递到低温物体，使得整个系统的无序度增加，即系统的熵增加。
这一过程是不可逆的，因为熵增加意味着系统的状态变得更加混乱，而自然界中的过程总是趋向于更加混乱的状态。
热力学第二定律对于人类社会生产生活中的许多方面都有着重要的影响。
例如，它限制了热机的工作效率，促使人们不断地寻求提高能源利用效率的技术和方法；它也限制了热泵和制冷机的性能，促使人们开发更加环保和节能的制冷技术；此外，热力学第二定律还对于生物体内的新陈代谢、社会经济系统的发展等方面都有着重要的影响。
总之，热力学第二定律揭示了自然界中热现象的方向性和不可逆性，对于热机的工作效率、热平衡、熵增加等方面都有着重要的意义。
它的表述和原理不仅在科学研究中有着重要的应用，也对人类社会生产生活中的许多方面都有着重要的影响。
我们应该深入理解和应用热力学第二定律，促进科学技术的发展，推动社会经济的可持续发展。
热力学第二定律指的是
热力学第二定律指的是热力学第二定律说的是啥呢？简单来说，就是一条关于能量转化的规则，嘿，这可不是随便说说的。
这条定律告诉我们，热量总是从高温物体流向低温物体，就像冰淇淋在阳光下融化，谁也拦不住。
想想看，咱们的生活中，哪儿没有这种现象？夏天的西瓜刚切开，红红的果肉吸引了无数的眼球，但要是放着不吃，它可不会自己变得更好吃，反而会慢慢变坏，这就是热力学第二定律的魔力。
再说，咱们的日常生活中，这条定律可是无处不在。
比如，早晨你喝的咖啡，一开始热乎乎的，过一会儿，它就会凉掉。
这就像是一个小小的热力学实验，大家都在享受这杯香浓的咖啡，但时间一长，它就会慢慢变得不那么热了。
就像老话说的，时光不等人，热量也不等人，真是个没心没肺的小家伙。
热力学第二定律还告诉我们，所有的能量转化过程中，都会有一部分能量转变成无法利用的热量，换句话说，咱们用的能量总是要有点浪费，这可真是让人心塞啊。
说到这里，咱们不得不提到熵，嘿，听起来挺高大上的吧？熵就是一种混乱度的量，简单来说，熵越高，系统就越混乱。
就像你家那间杂乱无章的储藏间，越放越乱，谁也不想去收拾。
这跟热力学第二定律有关系，因为它说明了宇宙中所有过程都是朝着更高熵的方向发展的。
想想看，生活也是如此，越是放任不管，事情就越乱。
所以说，咱们要努力维持生活的秩序，虽然这可不是件容易的事。
热力学第二定律的魅力不仅仅在于它的科学意义，实际上，它也给咱们的生活带来了启示。
比如说，面对挑战和困难，我们总是需要寻找方法去适应、去改变。
就像在厨房做饭，一开始的食材都是分散的，但经过热的作用，经过时间的洗礼，最后变成了一道美味的菜。
这就像热力学第二定律告诉我们的，只有经过转化和变化，才能达到更高的层次，变得更加美好。
咱们可能会觉得，生活就像是一个热力学过程，总是在不断变化，甚至有些不可控。
可是，正是这种变化，让我们的生活变得丰富多彩。
就像风筝放飞后的那种自由，虽然有时会遭遇风雨，但依然可以飞得更高。
名词解释热力学第二定律
名词解释热力学第二定律
嘿，咱今儿个就来唠唠这热力学第二定律！你知道不，这定律就像
是生活中的一个大规则，管着热和能量的事儿呢！比如说，你想想看，为啥热的东西总会变冷呀？这就是它在起作用啦！就好像时间只会往
前走，不会倒着跑一样，这热力学第二定律也是这么“固执”。
咱来具体说说哈，它说热不能自发地从低温物体传到高温物体。
这
就好比你不能指望冬天的冷风自己突然就变热了来温暖你，对吧？这
不是开玩笑嘛！还有呀，在一个孤立系统内，熵总是增加的。
啥是熵呢？哎呀，你就把它理解成一种混乱程度。
比如说，一个房间你不收拾，它就会越来越乱，这就是熵在增加呀！这多形象！
咱再举个例子，你看那火燃烧，它释放出能量，但是这个过程可不
会反过来哦，不会说能量自己就聚集成火了，这就是热力学第二定律
在管着呢！就好像你不能让泼出去的水自己再回到盆里一样。
热力学第二定律可重要了呢！它让我们明白世界上的很多现象为啥
会这样。
没有它，咱好多事儿都没法解释啦！你说是不是？它就像是
一个默默守护着能量世界的规则制定者，虽然看不见，但却无处不在呀！所以呀，咱可得好好理解它，这样才能更好地理解我们周围的世
界呀！总之，热力学第二定律就是这么神奇，这么重要，你说呢？。
热力学第二定律
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不 产生其它影响 可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，但要产 生其它影响
physic
热力学第二定律的其他表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
可以证明是等价
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功， 而不产生其它影响。
physic
课堂小结
physic
有可能制成第二类永动机吗？
在地球上的海水总质量达1.4×1018吨，如 果制造一种机器，使海水的温度降低1℃，就 能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核 电站一年的发电量，足够全世界使用4000年。 把这类机器叫做第二类永动机。这一设想违背 能量守恒定律吗？能制成第二类永动机吗？
physic
等价的
气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
还有许多其他的表述······
physic
热力学第二定律的本质
一切与热现象有关的宏观自然 过程都是不可逆的。这就是热力学 第二定律的实质。
适用条件：只适用于很大数目分子构成 的系统及有限范围内的宏观过程，不适用与 少量的微观系统，也不能扩展到无限的宇宙。
physic
热力学第二定律的表述有60-70种
热传导方向性
机械能与内能转化方向性
克劳修斯表述
physic
开尔文表述
热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
理解“自发：”
当两个物体接触时，不需要第三者介
入、不会对任何第三者产生影响，热量就
能从一个物体传递到另外一个物体。
自发
高温
低温
自发
热力学第二定律
前情回顾
能量守恒定律的内容是什么？
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种 形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物 体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒 定律。
覆水难收
君不见黄河之水天上来 奔流到海不复回
大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？
问题与练习
以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？ A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热。 B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。 C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离。 D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。
在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。 满足能量守恒的过程是否都能实现呢？
可能发生这样的逆过程吗？ 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。
可能发生这样的逆过程吗？ 扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。
可能发生这样的逆过程吗？
功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩 擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
热力学第二定律的克劳修斯表述 理解宏观过程都是有方向性的。 理解并掌握热力学第二定律。
热力学第二定律 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
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
高温
低温
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。
A.不可能。因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热 量会自动地收集到茶中。所以，这是不可能发生的现象。 B.不可能。蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功。这一过程中，一方面由 于活塞摩擦气缸而产生热能，另一方面热蒸汽与周围环境的温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以， 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。 C.可能。浑水变清，泥沙下沉，重心下降，总的重力势能减少，最终转化为内能。而机械能百分百转 化成内能是可能的。 D.可能。冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外。
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律一、自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响,也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。
二、热力学第二定律1.热力学的两种说法：Clausius：不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin:不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2.文字表述：第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功）功热【功完全转化为热，热不完全转化为功】（无条件，无痕迹，不引起环境的改变）可逆性：系统和环境同时复原3.自发过程：(无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程)特征:(1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3)对环境做功,可从自发过程获得可用功三、卡诺定理(在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）（不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机,其热机效率都相同，且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零:任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质：周而复始数值还原从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2。
热温商：热量与温度的商3。
熵：热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量（数值上相等)4。
熵的性质：（1）熵是状态函数,是体系自身的性质是系统的状态函数，是容量性质(2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3)只有可逆过程的热温商之和等于熵变（4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6)在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变（7)在任何一个隔离系统中,若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中,一切能自动进行的过程都引起熵的增大.若系统已处于平衡状态,则其中的任何过程一定是可逆的。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律，也被称为熵增原理，是热力学中的重要概念和基本定律之一。
它描述了热量在自然界中的传递方向以及热能转化的限制性条件。
本文将对热力学第二定律进行详细阐述，并探讨其在热力学和其他学科中的应用。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是基于观察到的自然现象提出的。
根据实验证明，热量不会主动从低温物体传递到高温物体，而是相反的。
热力学第二定律指出，自然界中热量的传递是不可逆的。
热量只能从高温物体传递到低温物体，使得系统的熵增加。
在熵增的过程中，系统内部的能量分布不断趋向于均匀化，形成了热力学过程中不可逆的“箭头”。
而熵则是度量系统有序程度的物理量，可以理解为系统的混乱程度。
熵增原理表明，在孤立系统中，熵总是呈现出增加的趋势，即系统越来越趋向于无序状态。
二、熵的定义和计算熵是热力学中的一个重要概念，它用数学形式来度量系统的无序程度。
根据统计力学的原理，我们可以通过系统微观状态的概率分布来计算熵。
熵的定义可以用如下的形式表示：S = -ΣPi * ln(Pi)其中，S表示系统的熵，Pi表示系统处于第i个微观状态的概率。
ln 表示自然对数。
通过计算系统的熵，我们可以了解系统的无序程度。
当系统处于有序状态时，熵的值较低；当系统处于无序状态时，熵的值较高。
三、熵增原理的应用熵增原理不仅仅适用于热力学领域，还广泛应用于其他学科和领域。
下面列举几个熵增原理的应用：1. 生态学中的熵增原理：生态系统也可以视为一个开放的热力学系统，能量和物质通过生态系统的内外界面进行交换。
熵增原理告诉我们，生态系统会逐渐演化为更加复杂的状态，且系统中的生物多样性会逐渐增加。
2. 经济学中的熵增原理：经济系统可以看作是一个开放的热力学系统，资源的有限性导致了经济系统的不可逆性。
熵增原理在经济学中的应用主要体现在资源配置的优化和效率提高方面。
3. 信息论中的熵增原理：信息论研究的是信息的传递和处理问题。
根据熵增原理，信息传递的过程中会产生噪声和失真，不可逆的信息损失是不可避免的。
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2.玻尔兹曼熵: 自然过程是向热力学概率增大的方向进行。
引入态函数熵 Skln 玻尔兹曼熵
熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量
度
熵具有可加性
S S1 S2
Skln kln 1 2kln 1kln 2
在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增
大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，即熵
增加原理。
使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复
但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆
过程.
非准静态过程为 不可逆过程 .
3.可逆过程的条件:
准静态过程（无限缓慢的过程），且无 摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散 的过程一切. 与热现象有关的精品实课际件 过程都是不可逆的。
例1：克劳修斯表述指出了热传导过程的不可逆性。 例2：开尔文表述指出了热功转换过程的不可逆性。
在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程 都是不可逆的。 在热现象中无摩擦的准静态过程才是可逆的
精品课件
六、卡诺定理
a） 在相同高温热源和低温热源之间工作的任
意工作物质的可逆机都具有相同的效 率 . b） 工作在相同的高温热源和低温热源之间的
一切不可逆机的效率都不可能大于
可逆机
的效率 . 以卡诺机为例，有
1
Q2 Q1
1 Q2 1 T1
Q1
T2
“”对应可逆卡诺机 “”对应不可逆卡诺机
Q1 Q2 0 T1 T2
Q1、Q2为正
采用第一定律对热量正 负的规定
精品课件
Q1 Q2 0 T1 T2
Q —热温比（热温商） T
在卡诺循环中，系统热温比的综合总是小于或等
精S品课件0
二.热力学第二定律的统计表述(或微观意义)
:孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态
数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡。
（或：孤立系统内部所发生的过程总是从热力学几 率小的状态向热力学几率大的状态过渡。）
(或:孤立系统内部所发生的过程总是向着 混乱度大的方向进行)
精品课件
三、热力学第二定律的微观意义 系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的
精品课件
p A
T1 T2
T1 B
W
D
T2
C
o
V
高温热源 T 1 Q1 W
卡诺热机
Q2
低温热源 T 2
卡诺循环是循环过程，但需两个热 源，且使外界发生变化.
精品课件
如:理想气体等温膨胀并不违背开尔文表述.
在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为 功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体 的体积增大了。
变化
功变热过程、 热传递过程、 气体自由膨胀过程
大量分子从无序程度较小（或有序）的运动 状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化
微观意义: 一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
精品课件
§6-8 熵增加原理
一.克劳修斯等式与不等式:
能分别描述可逆循环和不可逆循环特征的表 达式。
卡
1
T2 T1
卡
Q1Q2 T1T2
Q1
T精1品课件
( 不可逆机 ) （可逆机）
§7-10 热力学第二定律的统计意义
一.宏观态的热力学概率()
1.热力学概率:
A
B
不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别
?
精品课件
微观状态
左
右
宏观状态 一种宏观状态所对应 的微观状态数
ab
左2 右0
1
a
b 左1 右1
2
b
a
ab
左0 右2
高温
虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至
物体，但需外界作功且使环境发生变化 . 精品课件
注意
a) 的总结.
b) 修斯说
热力学第二定律是大量实验和经验 热力学第二定律开尔文说法与克劳
c) 每一种说
法具有等效性 . 热力学第二定律可有多种说法，
向性 .
法都反映了自然界过程进行的方
精品课件
三. 两种表述等价性的证明
• 若有N个分子，则共 2N 种可能方式，而N 个分子全部退回到左部的几率1/2N
精品课件
1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退 回到A室的几率为
1/ 26.0231023
意味着此事件观察不到。
实际过程是由概率小的宏观态向概率大的宏观 态进行。
热力学概率:
宏观态所对应的微观态数，用 表示。
精品课件
例3：气体的自由膨胀是不可逆过程。
a
b
Q
各种不可逆过程都是相
A 互关联的
c
精品课件
五、 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
➢ 热功转换
功
热
不完全
有序 自发
无序
➢ 热传导
高温物体 自发传热 低温物体 非自发传热
非均匀、非平衡
自发
精品课件
均匀、平衡
热力学第二定律的实质：
右2
6
bc
da
bd
ac
cd
ab
精品课件
微观状态
左
右
宏观状态 一种宏观状态所对 应的微观状态数
a bcd
b cda
4
c dab
左1 右3
d abc
无 abcd
左0 右4
1
#共有24 种布
#若有N个分子，则有2N种分布
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• 4个分子全部退回到左部的可能性即几率 为1/24=1/16。可认为4个分子的自由膨胀是 “ 可逆的”。
2. 克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物
体传到高温物体。
如冰箱制冷就是将热量从低温物体传到高温 物体，但并不违背克劳修斯表述,
因为它以外界作功为代价，也就是引起了其它变 化。
精品课件
p A Q 1 T1 T2
T1 B
W
D
Q 2 T2
C
V
o
高温热源 T 1 Q1
卡诺致冷机 W
Q2
低温热源 T 2
精品课件
精品课件
四. 可逆过程和不可逆过程
1.可逆过程 ：假设所考虑的系统由一个状态a
出发经过某一过程达到另一状态b，如果存在另一 个逆过程，它能使系统和外界完全复原，则这样的 过程称为可逆过程。
正过程
a
b
逆过程
A. 系统复原 B. 外界复原
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2. 不可逆过程:
3.
在不引起其他变化的条件下，不能
1
•任一宏观状态所对应的微观状态数称为该宏观 状态的热力学概率()
精品课件
微观状态
左
右
宏观状态 一种宏观状态所对应 的微观状态数
a b c d 无 左4 右0
1
ab c
d
bcd
a
cda
b 左3
右1
4
da b
c
精品课件
微观状态
左
右
宏观状态 一种宏观状态所对 应的微观状态数
ab
cd
ac
bd
ad
b c 左2
第三讲 热力学第二定律
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§6-7 热力学第二定律
一. 第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功 的热机）的设想
二. 热力学第二定律的两种表述
•自然界自发进行的过程具有方向性,总是由非平衡态 走向平衡态.
1.动作
的热机,只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用 的功而不产生其他影响。