热力学第二定律可逆与不可逆过程

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热力学第二定律详解

热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）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——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[2]: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——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。

5.1热力学第二定律的表述及实质

2) ―其他物体不产生任何变化”是指除了“从单一热源吸
收热量以及对外作功”以外的任何变化。等温膨胀违背吗？
虽是从单一热源吸收热量全部
对外作功，但体积膨胀了。
不违背热二律！ 3) 热二律指出了效率100%的热) 热二律指出了效率100%的热机制造不出来。如果能从单一热源吸收热量对外作功而不产生其它影响，则：
密度大
W2 p2 p2V–p1V>0
W1
|W1|<|W2|，
当活塞无摩擦地、非常缓慢地拉动时，内外作功的和为零。可视为可逆过程。
结论：1）一切自发过程都是不可逆过程。 2）只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。正过程+逆过程=0 A 即对外影响全抵消 B V 可逆过程是理想化的过程。
p
在AB的过程中：
热机机等效于
Q2
低温热源(T2)
高温热源(T1) 等效于 Q1 W 热机 Q2 Q2 低温热源(T2)
低温热源(T2)
高温热源(T1) Q1–Q2 W
热机
违背Clausius 表述,也违背Kelvin表述。
由两种表述的等价性可知：由一种自发过程的不可逆性可以导出另一种自发过程的不可逆性。可以证明各种自发过程的不可逆性是相互关联的。
热功转换的方向性
无条件热传递的 Q 方向性
低温热源(T2)
热力学过程在遵守热一律的同时还受方向性的限制。热力学第一、二定律是相辅相成的
*任何不可逆过程的出现，总伴随有“可用能量”被贬值为“不
可用能量”的现象发生。在能量利用的过程中，应特别注意消除各种引起“自发的发生”的不可逆因素，以增加可用能的比率，从而提高效率。 3．热力学第二、零定律间的关系第零定律(热平衡定律)：任意两个物体进行热接触最终温度相同. 只能说明温度相同是达到热平衡的诸物体所具有的共同性质无法判别尚未到达热平衡的两个物体温度的高低。第二定律：从热量自发流向判别出物体温度的高低。与第零定律是相互独立的。

可逆过程与不可逆过程

T2 ∴ η = η′ = 1 − T1
卡诺定理的证明
(2)在温度为 T1 的高温热源和温度为 T2 的 (2)在温度为低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。不可能大于可逆热机的效率。
T2 η′′ ≤ 1 − T1
同上的方法，同上的方法，用一不可逆热机 E′′代替可逆热机 E′ 可证明: 可证明:
T2
卡诺定理的证明
用反证法，用反证法，假设得到
η′ > η
A A > ′ Q1 Q1
′ Q1 < Q1 ′ ∴ Q2 < Q2
′ ′ Q Q1 − Q2 = Q1 − Q2
两部热机一起工作，成为一部复合机，两部热机一起工作，成为一部复合机，结果外界不对复合机作功，复合机作功，而复合机却将热量 Q′ − Q′ = Q − Q 1 2 1 2 从低温热源送到高温热源，违反热力学第二定律。从低温热源送到高温热源，违反热力学第二定律。不可能，所以η′ > η 不可能，即 η′ ≤ η 不可能，反之可证 η > η′ 不可能，即 η ≤ η′
η ≥ η′′
卡诺定理的证明
(2)在温度为 T1 的高温热源和温度为 T2 的 (2)在温度为低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。不可能大于可逆热机的效率。
T2 η′′ ≤ 1 − T1
同上的方法，同上的方法，用一不可逆热机 E′′代替可逆热机 E′ 可证明: 可证明:
可逆过程与不可逆过程
讨论：讨论： a.自然界中一切自发过程都是不可逆过程。自然界中一切自发过程都是不可逆过程。自然界中一切自发过程都是不可逆过程 b.不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可不平衡和耗散等因素的存在，不平衡和耗散等因素的存在逆的原因，只有当过程中的每一步，逆的原因，只有当过程中的每一步，系统都无限接近平衡态，而且没有摩擦等耗散因素时，限接近平衡态，而且没有摩擦等耗散因素时，过程才是可逆的。过程才是可逆的。 c.不可逆过程并不是不能在反方向进行的过程，不可逆过程并不是不能在反方向进行的过程，不可逆过程并不是不能在反方向进行的过程而是当逆过程完成后，对外界的影响不能消除。而是当逆过程完成后，对外界的影响不能消除。

热力学第二定律特点

热力学第二定律的特点
热力学第二定律的特点包括以下5个方面：
1.方向性：热力学第二定律指出，自然过程的进行是有方向性的，即某些过程可以自
发的发生，而另一些过程则不能。

例如，热量可以从高温物体自发地传递到低温物体，而相反的过程则不能自发地发生。

2.不可逆性：热力学第二定律揭示了时间的箭头，即时间是单向流逝的，自然过程具
有不可逆性。

例如，一个气体分子的熵会随着时间的推移而增加，而减少熵的过程则是不可能发生的。

3.普遍性：热力学第二定律是一个普适的定律，适用于所有物质和所有物理过程。

无
论是固体、液体还是气体，无论是化学反应还是物理过程，都受到热力学第二定律的制约。

4.统计性：热力学第二定律是基于统计规律得出的，它描述的是大量粒子或分子的集
体行为。

对于单个分子或少量分子的行为，热力学第二定律并不适用。

5.热力学概率：热力学第二定律指出，一个孤立系统的熵总是倾向于增加，这反映了
系统无序度的增加。

同时，系统的有序度的增加也是可能的，但需要外部的干预，例如能量的输入。

因此，热力学第二定律也反映了自然过程的“涨落”和“概率性”。

总之，热力学第二定律是物理学中的基本定律之一，它描述了自然过程的进行方式和方向，揭示了时间的箭头和不可逆性，同时也反映了物质和能量的统计性质和概率性质。

热力学第二定律可逆与不可逆过程

3. 分析几个不可逆过程 (1) 气体的自由膨胀气体可以向真空自由膨胀但却不能自动收缩。因为气体自由膨胀的初始状态所对应的微观态数最少，最后的均匀分布状态对应的微观态数最多。如果没有外界影响，相反的过程，实际上是不可能发生的。 (2) 热传导
两物体接触时，能量从高温物体传向低温物体的概率，要比反向传递的概率大得多！因此，热量会自动地从高温物体传向低温物体，相反的过程实际上不可能自动发生。 (3) 功热转换功转化为热就是有规律的宏观运动转变为分子的无序热运动，这种转变的概率极大，可以自动发生。相反，热转化为功的概率极小，因而实际上不可能自动发生。
ab cd c
bc ad d
cd ab 0
右半边
0
da bc
d
ac db
a
bd ac
b
a
c
b
bcd cda dab abc abcd
(微观态数24, 宏观态数5 , 每一种微观态概率(1 / 24) )
可以推知有 N 个分子时，分子的总微观态数2N ，总宏观
态数( N+1 ) ，每一种微观态概率 (1 / 24 )
无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程）热力学第二定律的实质，就是揭示了自然界的一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。
§7-9 热力学第二定律的统计意义
一. 热力学第二定律的统计意义
1. 气体分子位置的分布规律 3个分子的分配方式
左半边右半边
a b c
气体的自由膨胀
abc
0
ab
§7-10 熵
一. 熵熵增原理
1. 熵引入熵的目的
·
孤立系统
状态(1)
能否自动进行？判据是什么？

热力学第二定律

五、热力学第二定律的统计意义
A
B
不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别?
以气体自由膨胀为例，假设A中装有a、b、c、d
4个分子（用四种颜色标记）。开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。
分布
详细分布
（宏观态）（微观态）
A4B0（宏观态）微观态数 1
A3B1（宏观态）微观态数4
六、熵的计算
为了正确计算熵变，必须注意以下几点：
1. 对于可逆过程熵变可用下式进行计算
S2
S1
12
dQ T
2. 如果过程是不可逆的不能直接应用上式。
由于熵是一个态函数，熵变和过程无关，可以
设计一个始末状态相同的可逆过程来代替，然后再
应用上式进行熵变的计算。
例6-11 今有1kg 0 ºC的冰熔化成0 ºC 的水，求其熵变（设冰的熔解热为3.35105 J/kg)。
温馨提示
1. 热一律给出了内能与其他形式的能量相互转化时，总数量的守恒关系。热二律则指明了内能和其他形式的能量相互转化时，自发进行的方向。
2. 热二律是从大量宏观事实中概括出来的，对有限范围内的宏观过程适用，对少量粒子的微观体系不适用。
3. 热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
微观态为6，几率最大为6/16。
若系统分子数为N，则总微观态数为2N，N个分
子自动退回A室的几率为1/2N。 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。
分子处于均匀分布的宏观态，相应的微观态出现的几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。对于 1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布和趋于均匀分布的微观态数与微观状态总数相比，此比值几乎或实际上为100%。

热3-热力学第二定律卡诺定理

流行歌曲：流行歌曲： “今天的你我怎能重复昨天的故事!”
生命过程是一个不可逆过程
二、热力学第二定律
1. 热力学第二定律的表述 (1)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量， (1)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使开尔文表述之完全变成有用的功,而不产生其它影响。之完全变成有用的功,而不产生其它影响。热力学第二定律：单热源热机（第二类永动机）热力学第二定律：单热源热机（第二类永动机）不存在：不存在：
低温热源T 低温热源 2
Q'2-Q2
低温热源T 低温热源 2
′ →ηC ≤ηC
综合上述结果：综合上述结果：
′ ηC =ηC
特别地，对于以理想气体为工质的可逆热机，特别地，对于以理想气体为工质的可逆热机，
ηC =1−T2 / T ，由此可得任意可逆热机的效率 1
均为
T2 ηC =1− T 1
第三章
热力学第二定律
前言
热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行方向。观察与实验表明，的方向。观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆不可逆的或者说是有方向性有关的宏观过程都是不可逆的，或者说是有方向性例如，的。例如，热量可以从高温物体自动地传给低温物自动地从低温物体传到高温物体但是却不能自动地从低温物体传到高温物体。体，但是却不能自动地从低温物体传到高温物体。对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。的新的自然规律，即热力学第二定律。
热传导高温物体
自发传热非自发传热
低温物体
热力学第二定律的实质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自发无序热传导高温物体非均匀、非均匀、非平衡自发传热低温物体非自发传热均匀、均匀、平衡自发

热力学第二定律熵与不可逆过程的关系

热力学第二定律熵与不可逆过程的关系热力学是研究物质能量转化和转移规律的科学分支。

该学科中的第二定律是描述系统热力学性质的重要原理。

而熵则是热力学中一个重要的概念，用于衡量系统的无序程度。

本文将探讨热力学第二定律与熵以及不可逆过程之间的关系。

第一节热力学第二定律的基本原理热力学第二定律，也被称为熵增原理，它给出了一个能量转化的方向性，规定自然界中热能只能从高温向低温的方向传递。

具体来说，第二定律可能有多个表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。

第二节熵的概念及其表达方式熵是热力学中的一个重要概念，用来描述系统的无序程度。

熵的增加可以看作是对系统破坏性的度量，是一个可观测的物理量。

熵的计算有多种表达方式，最常用的是基于微观状态数的玻尔兹曼熵公式。

第三节热力学第二定律与熵的关系热力学第二定律与熵有着密切的关系。

熵的增加可以看作是自然界朝着更加无序状态的一种趋势。

根据热力学第二定律的熵增原理，任何一个孤立系统的熵都不会减少。

因此，可以将熵视为热力学第二定律的一种量化表示。

第四节不可逆过程与熵增不可逆过程是热力学中的一个重要概念，它是指系统经历的过程中不能恢复为初始状态的过程。

而在不可逆过程中，系统的熵会增加。

这表明熵是衡量不可逆性的一个重要指标。

不可逆过程的例子包括热传导、摩擦、扩散等等。

第五节熵增定理及其应用熵增定理是研究熵与不可逆过程关系的重要定理。

它指出，在任何不可逆过程中，系统与周围环境的总熵只能增加，而不能减少。

通过熵增定理，我们可以判断一个过程是否可逆，以及预测系统的演化方向。

总结本文探讨了热力学第二定律、熵和不可逆过程之间的关系。

熵作为一种度量系统无序程度的物理量，与热力学第二定律密切相关。

熵增原理和熵增定理为我们理解系统能量转化和转移规律提供了重要的依据。

通过对熵和不可逆过程的研究，可以更好地应用热力学的知识，预测和优化系统的行为。

可逆与不可逆过程与熵增加原理

，(12)
故
，(13)
所以
.(14)
对于初终态不为平衡态的不可逆过程，可以将处态与终态各分为n个近似局域平衡的小块，对于第i个小块，可以用小块的状态变量描写.因而小块的熵可以用平衡态的公式定义.整个系统的熵值等于各小块熵值的总和，即
.(15)
根据公式(10)，可得
.(16)
对于第i小块，有
，(17)
可逆与不可逆过程与熵增加原理
熵是根据热力学第二定律引入的一个新的态函数，它在热学理论中占有核心的重要地位，本文根据卡诺定理推出克劳修斯不等式，再根据克劳修斯不等式的可逆部分以及热力学第二定律建立第二定律的不可逆过程的数学表述，最后得出熵增加原理.
由卡诺定理可知，工作于两个温度间的热机的工作效率不能大于可逆热机的工作效率
对于第i个卡诺热机
，(6)
即得
.(7)
对其求和
，(8)
故有
.(9)
令，系统从温度为T的热源吸收的微热为，相继两个热源温度之差很小，近似为连续变化，写为积分形式，即
，(10)
其中等号表示可逆过程.
根据熵的定义为
，(11)
其中R表示可逆过程.
考虑初终态为平衡态的不可逆过程，若以I表示不可逆过程，利用公式(10)，即得
对于第n个热源，引入一个T0的热库，以及n个可逆卡诺机，第i个卡诺机在Ti和T0之间工作，向T0吸收热量Q0i，向Ti吸收热量-Qi，并对外做功Wi.
对外的总功 .
若，则，违反了热力学第二定律的开尔文表述，故 .
当时，系统经过可逆循环，没有发生任何变化.
当时，表示不可逆过程中功变热或者功变成的内能.
，(1)
若取等号则表示是可逆热机.由(1)得

第二章：热力学第二定律(物理化学)

如果是一个隔离系统，环境与系统间既无热的交换，又无功的交换，则熵增加原理可表述为：一个隔离系统的熵永不减少。
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31
克劳修斯不等式的意义
克劳修斯不等式引进的不等号，在热力学上可以
作为变化方向与限度的判据。
dS Q T
dSiso 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
“>” 号为自发过程 “=” 号为处于平衡状态
I < 20% 1度电/1000g煤
高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染）
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16
火力发电厂的能量利用
400℃
550℃
ThTC67330055%
Th
673
I < 40% 1度电/500g煤
ThTC82330063%
Th
823
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17
火力发电厂的改造利用
精选可编辑ppt
十九世纪，汤姆荪（Thomsom）和贝塞罗特（Berthlot）就曾经企图用△H的符号作为化学反应方向的判据。他们认为自发化学反应的方向总是与放热的方向一致，而吸热反应是不能自动进行的。虽然这能符合一部分反应，但后来人们发现有不少吸热反应也能自动进行，如众所周知的水煤气反应就是一例。这就宣告了此结论的失败。可见，要判断化学反应的方向，必须另外寻找新的判据。
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4
2.2 自发变化不可逆症结
T1高温热源 Q1
M
W
Q2
T2低温热源
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5
2.3 热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics)
开尔文(Kelvin) ：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。”

可逆与不可逆过程

自发过程的共同特征
• 无需外力帮助、任其自然就可发生的过程
• 不可逆过程 • 一个自发过程发生后
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
自发过程不可逆实质
功可自发地全部变为热, 但热不可能全部转化为功而不引起任何其他变化
• 一切自发过程都具有不可逆性,它们在进行时都具有确定的方向和限度,如何知道一个自发过程进行的方向和限度呢?
• 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。
• 热力学第二定律的现代表述是卡诺的专著 “Reflexions on Motive Work of Fire” 发表 25 年后由 Clausius 和 Kelvin给出的。
热力学第二定律的本质和熵的统计意义
自发过程的共同特征
2.化学变化: 25℃ Pθ下: H2 + O2
H2O(l)
正过程:自发反应 Q = -285.8KJ, W = 3.7KJ
逆过程:可逆电解耗电功W’= 237.2KJ,
体系作膨胀功W=-3.7KJ, Q=48.6KJ
• 二个过程的总结果: 体系回到初态,但环境总的
• 付出了W = 3.7+237.2-3.7=237.2KJ 的功,
相反的过程，热量自动由低温物体流到高温物体，使热者愈热，冷者愈冷，这种现象从未发生过
（2）高压气体向低压气体的扩散。
A p1
p2 B
若 p1 > p2 ，打开活塞后， A 球中气体自动扩散到 B 球。
相反的现象：“低压球中气体自动向高压球扩散，使压力低的愈低，压力高的愈高”，从未发生过。
（3）溶质自高浓度向低浓度的扩散：

14-6 热力学第二定律可逆与不可逆过程

W
D C
Q2 T2 V
o
高温热源 T1 Q1
卡诺致冷机 W
Q2 低温热源 T2
虽然卡诺致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 .
14 – 6 热力学第二定律可逆与不可逆过程二、热力学第二定律的两种表述是等价的
高温热源 T1
Q
Q+Q2
Q2
A
B
W
W=Q
Q2
Q2
低温热源 T2
第二类永动机是不可能制成.
14 – 6 热力学第二定律可逆与不可逆过程
p
p1
1 ( p1,V1,T )
p2
( p2,V2,T )
W
2
o V1
V2 V
p A
T1 T2
T1 B
W
D
T2
C
o
V
QT
E
W
等温膨胀过程是从
单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体, 但它非循环过程.
高温热源 T1 Q1 W
开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立.
14 – 6 热力学第二定律可逆与不可逆过程
注意
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说法具有等效性 . 3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性 .
14 – 6 热力学第二定律可逆与不可逆过程三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, 这样的过程叫做可逆过程 .
14 – 6 热力学第二定律可逆与不可逆过程
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 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做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化 .

第七节可逆过程和不可逆过程卡诺定理

3. 玻尔兹曼关系
用W 表示系统所包含的微观状态数，或理解为宏观状态出现的概率，叫热力学概率或系统的状态概率。考虑到在不可逆过程中，有两个量是在同时增加，一个是状态概率W，一个是熵。它们之间的关系？玻尔兹曼从理论上证明其关系如下：
S k ln W
上式称为玻尔兹曼关系，k 为玻尔兹曼常数。熵的这个定义表示它是分子热运动无序性或混乱性的量度。系统某一状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。
结论：系统经历一可逆卡诺循环后，热温比总和为零。
有限个卡诺循环组成的可逆循环可逆循环 abcdefghija
p
a bd c h g f i V e
它由几个等温和绝热过程组成。从图可看出，它相当于有限个卡诺循环（abija , bcghb , defgd）组 O 成的。所以有
j
Qi 0 i 1 Ti
摩擦过程不可逆。
逆过程？等温收缩。气体绝热自由膨胀过程不可逆？两过程联合将使功全部转化为热，允许！
气体准静态绝热膨胀过程可逆。
可逆过程：系统状态变化过程中，逆过程能重复正过程的每一个状态,且不引起其他变化的过程。不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程。
状态图上任意两点 1 和 2间，连两条路径 a 和 b ，成为一个可逆循环。
a
2( S 2 )
b
2
dQa 1 dQb 1 T 2 T 0
2
1( S1 )
dQa 2 dQb 1 T 1 T
2
无关，只由始末两个状态决定。
dQ 积分 1 的值与1、2之间经历的过程 T
定义：系统从初态变化到末态时，其熵的增量等于初态和末态之间任意一可逆过程热温比的积分。对有限过程对无限小过程

教科版高中物理选择性必修第三册第三章第3节热力学第二定律

全部转化（自发）对第三者有影响
内能（热）
2.注意：在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热源”“不可能”的含义
①“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性.在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等.
②“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.
机械能和内能的转化过程具有方向性
自发全部
自发全部ຫໍສະໝຸດ 思考：满足能量守恒定律的过程是否都能实现呢?
物体间的传热
温度由高到低
热现象
气体的膨胀扩散现象
特定的方向
体积由小到大密度由密到疏
有摩擦的机械运动
由机械能到内能
无数事实告诉我们，凡是实际的过程，一切与热现象有关的宏观
自然过程都是不可逆的。
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
一辆汽车在水平地面上滑行，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高.
我们能不能看到这样的现象：一辆汽车靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使汽车运动起来．
有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化．
Q1
Q1
，热机从热源吸取的热量Q1全部变
成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不
产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)， η＝1的热机称为第二类永动机。
4.理解：

热力学第二定律的六种表述

热力学第二定律的六种表述热力学第二定律是热力学中最基本的定律之一，它描述了热量的自然流动方向和热量转化的效率。

下面将从六种不同的表述角度来探讨热力学第二定律的含义和应用。

1. 热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。

这是热力学第二定律最常见的表述方式。

它告诉我们，热量的自然流动方向是从高温物体向低温物体，而不会反过来。

这也是为什么我们需要加热器来加热房间，而不是用冷却器来冷却房间的原因。

2. 热量不可能完全转化为功。

这个表述方式告诉我们，热量和功之间存在一定的转化效率。

即使我们使用最高效的热机，也无法将所有的热量转化为功。

这是因为热量的自然流动方向是从高温物体向低温物体，而功需要从低温物体向高温物体传递。

3. 熵的增加是不可避免的。

熵是一个描述系统无序程度的物理量。

热力学第二定律告诉我们，任何封闭系统的熵都会不可避免地增加。

这意味着系统的有序程度会不断降低，最终趋向于混沌状态。

这也是为什么我们需要不断输入能量来维持系统的有序状态。

4. 热力学第二定律是不可逆的。

这个表述方式告诉我们，热力学第二定律是一个不可逆的过程。

一旦热量从高温物体向低温物体流动，就无法逆转这个过程。

这也是为什么我们需要不断输入能量来维持系统的有序状态。

5. 热力学第二定律是宇宙中最普遍的定律。

这个表述方式告诉我们，热力学第二定律是宇宙中最普遍的定律之一。

无论是在地球上还是在宇宙中的其他星球上，热力学第二定律都适用。

这也是为什么我们需要不断输入能量来维持系统的有序状态。

6. 热力学第二定律是能量守恒定律的补充。

这个表述方式告诉我们，热力学第二定律是能量守恒定律的补充。

虽然能量守恒定律告诉我们能量不能被创造或销毁，但它并没有告诉我们能量的自然流动方向和转化效率。

热力学第二定律则提供了这些信息，使我们能够更好地理解能量的本质和转化过程。

热力学第二定律是热力学中最基本的定律之一，它描述了热量的自然流动方向和热量转化的效率。

通过不同的表述方式，我们可以更好地理解这个定律的含义和应用。

热力学第二定律的推导过程

热力学第二定律的推导过程热力学是研究物质内部能量转化和传递规律的学科，而热力学第二定律则是研究能量转化方向的规律。

本文将探讨热力学第二定律的推导过程。

1. 序言热力学第二定律是热力学最重要的基本定律之一，它描述了自然界中热能传递的不可逆性。

通过推导热力学第二定律，我们可以更好地理解能量转化的规律。

2. 卡诺循环为了推导热力学第二定律，我们首先介绍卡诺循环。

卡诺循环是一种理想的循环过程，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。

在卡诺循环中，热量从高温热源吸收，经过绝热膨胀，再通过等温压缩过程排放至低温热源。

3. 卡诺效率我们知道，能量守恒是一个自然界的基本原则。

在理想的卡诺循环中，系统对外做功等于从高温热源吸收的热量减去排放给低温热源的热量。

设高温热源的温度为Th，低温热源的温度为Tl，根据热力学基本方程，我们可以推导出卡诺循环的效率：η = 1 - (Tl/Th)其中，η表示卡诺循环的效率。

4. 温度与熵的关系接下来，我们引入熵的概念。

熵是一个衡量系统有序程度的物理量。

设一个系统的熵变为dS，热量的传递为dQ，温度为T。

根据热力学基本方程，我们可以得到：dS = dQ/T这个方程表明，当系统吸收热量时，熵会增加；当系统排放热量时，熵会减少。

5. 热力学第二定律有了温度与熵的关系，我们可以推导出热力学第二定律。

根据热力学第一定律，能量守恒是永恒不变的。

然而，通过观察自然界中热能传递现象，我们发现自然界中热量从高温物体向低温物体传递，而不会反过来。

根据温度与熵的关系，当两个系统接触并达到热平衡时，它们的熵变应为零：dS = dQ1/T1 + dQ2/T2 = 0上式表明，当热量从高温物体传递到低温物体时，总是满足T1/T2 > 1。

这就是热力学第二定律的表达式。

6. 推广热力学第二定律的推广形式是开尔文-普朗克表述形式。

根据开尔文-普朗克表述，任何一个不可逆过程都可以看作是一个可逆过程与一个热库接触的情况。

3-3 可逆与不可逆

热力学第二定律
可逆与不可逆
可逆与不可逆
高温
T
高温
低温
自发过程
不可逆的过程
T
低温
非自发过程
可逆的过程（现实不存在）
2
可逆与不可逆
不可逆过程(Irreversible process)：自发的变来自而对外界产生不可复逆的影响的过程
可逆过程(Reversible process):
能够沿原路径逆向回复到原状态，而不引起外界任何变化的过程。
温差具有做功的“潜力”，
T1
温差传热会损失该“潜力”，
“潜力”损失越大，热机效率越低。
卡诺
T2
3
可逆过程无 “潜力” 损失
可逆与不可逆
非自发过程可逆过程
自发过程不可逆过程
导致不可逆的因素
温差传热摩擦生热分子扩散。。。。
4

热力学第二定律可逆与不可逆过程

热力学第二定律详解

5.1热力学第二定律的表述及实质

可逆过程与不可逆过程

热力学第二定律特点

热力学第二定律可逆与不可逆过程

热力学第二定律

热3-热力学第二定律 卡诺定理

热力学第二定律熵与不可逆过程的关系

可逆与不可逆过程与熵增加原理

第二章：热力学第二定律(物理化学)

可逆与不可逆过程

14-6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程

第七节 可逆过程和不可逆过程 卡诺定理

教科版高中物理选择性必修第三册第三章第3节热力学第二定律

热力学第二定律的六种表述

热力学第二定律的推导过程

3-3 可逆与不可逆

热3-热力学第二定律卡诺定理

14-6 热力学第二定律可逆与不可逆过程

第七节可逆过程和不可逆过程卡诺定理