大学物理：第10章热力学第二定律(第1节第2节第3节)
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1. 热转换
其唯一效果是（自动地） 把热全部转变成功的过程 是不可能发生的
4
2.热传导 其唯一效果是热量自动地
从低温物体传向高温物体
的过程是不可能发生的
3. 结论
1)自然界中一切与热现象有关的宏观 过程均是不可逆过程
2)宏观上与热相伴过程的不可逆性是 相互沟通的
5
§2 热力学第二定律 一. 宏观表述
第10章 热力学第二定律 §1 自然过程的不可逆性 §2 热力学第二定律 §3 态函数熵与熵增加原理
* §4 熵概念的推广
1
§1 自然过程的不可逆性 一. 可逆过程与不可逆过程 1.定义 某系统经过过程 P 从一状态变化到另一状态
如果存在一个过程使系统和外界完全复原 则说明原过程 P 是可逆的 否则是不可逆的
T
Q吸
S
Q放
S
24
卡诺循环温熵图
T
a
b
T1百度文库
A Q1 Q2
T2
d m
c
S
n
c
abcda包围的面积 abnma包围的面积
1
T2 T1
25
超流---喷泉
12
§3 态函数熵与熵增加原理 一.熵的定义 玻耳兹曼定义式
S k ln
•熵是状态参量 是系统紊乱程度的量度 与 E T P 同地位
13
二. 熵增加原理 热律的数学表述
孤立系统自发过程方向性问题
不可逆过程 ΔS S2 S1 > 0
可逆过程
S 0
表述：
ΔS 0
孤立系统内进行的过程 熵永不减少
熵是状态参量 与过程无关
19
dS dQr T
当系统由平衡态（1）
r
经历“任意过程”变化到
平衡态（2）时 系统的熵的增量为
S1 (1)
S2
S1
任
dQr 意T
可逆
(2)
S2
20
四. 熵的计算 1. 热力学基本方程
热I律 dQ dE dA
可逆过程热I律 TdS dE＋PdV
得
dS PdV dE
1）等温过程
T1 T2
ΔS R ln V2
V1
2）等容过程
V1 V2
S
CV
ln
T2 T1
3）自由膨胀 设计连接初、末态的可逆过程
T1 T2 设计等温可逆过程连接初末态
ΔS R ln V2 > 0
V1
23
五.温熵图
dS dQr T
Qr TdS
r
对可逆过程
T-S曲线下面积为吸（放）的热
T
1.克劳修斯(Clisuis)表述：(制冷机) 热量不能自动地从低温物体传向高温物体
2.开尔文（Kelvin)表述：(热机)
其唯一效果是热全部转变成功的过程 是不可能发生的
(第二类永动机是不可能造成的)
6
二.热力学第二定律的微观解释
1.宏观状态与微观状态
宏观上看：
左右
左、右两部分各有多少粒子 宏观态 而不去区分究竟是哪个粒子 微观上看： 具体哪个粒子在哪？
注意: •孤立系统内过程必有 ΔS 0
•实际一个过程还可能有 ΔS < 0
14
三. 熵与热量 1.克劳修斯熵公式
由热力学温标 Q1 Q2 0
T1 T2
可逆循环中有 Qi 0 i Ti
T1
Q1 Q2
T2
卡诺循环
15
任意可逆过程(准静态、无摩擦)
P
卡诺循环
Q Q
V
i1
i2 0
TT
i1
i2
5. 热律的微观解释 自发过程的方向性
如 自由膨胀 讨论
有序 小 大无序
1)自然过程从热力学几率小向热力学几率大 的方向进行
2)宏观上认为不可能出现的状态 在微观上认为是可能的 只不过几率太小而已
3)热律是统计规律 (与热律不同)
9
4 ) 一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的 方向进行
功热转 机械功（电功） 热能
编号为 a b c d
微观态
1 4
6 4
1 7
2.热力学几率(概率) 一个宏观态对应的微观态
宏观态 微观态
1 1
数目叫做这一宏观态的
热力学几率
4 4 6 6 4 4
3. 等几率假设
1 1
孤立系统中 每个微观态出现的几率相同
4. 在诸多的宏观态中
热力学几率大的宏观态最易出现 (平衡态)
8
换
有序运动
无序运动
热传导 T1 T2
动能分布较 有序
气体自由膨胀
T
T
动能分布更 无序
位置较有序
位置更无1序0
楼塌是一个从有序到无序的过程 熵增过程
不可收拾 不可逆
11
强调： 热二律的本质
与热相联系的自然现象中 自发过程都是不可逆的
特殊情况 低温时超流现象--吸收光的热量转化为功 是可逆过程 需用新的理论解释
dQ T
n
lim n i 1
ΔQi1 Ti1
ΔQi2 Ti2
0
可逆循环
可逆循环 16
dQ T
n
lim n i 1
ΔQi1 Ti1
ΔQi2 Ti2
0
可逆循环
dQ 0
可逆循环 T
注意：
克劳修斯等式
1)积分路径的限制 --- 沿可逆过程！
2)热温比 dQ
火 商 中国文化
T
17
dQ 0 沿可逆过程的积分与路径无关
T
21
dS PdV dE T
2.理气态函数熵的计算公式
dS PdV dE R dV CV dT
T TV
T
Δ S V2 RdV T2 CV dT
V1 V
T1 T
R ln
V2 V1
CV
ln
T2 T1
理想气体
dE CVdT P RT
V22
讨论
S
R ln
V2 V1
CV
ln
T2 T1
2
2.注意关键词 •判断的是原过程P •系统和外界全复原 •可逆过程是理想过程
P
2 1
3.只有准静态 无摩擦的过程 才是可逆的过程
P dV
初始小过程 dA PdV
恢复小过程 dA PdV
准静态无摩擦 PdV
3
二. 一切自然过程都是不可逆过程 自然过程有明显的方向性 如 功变热 热传导 扩散
可逆循环 T
反映了始末的某个状态量的变化
P
dQr dQr 0
1a2 T
2b1 T
2
即 dQr dQr
1a2 T
1b2 T
1
V
令
( 2 ) dQr (1) T
S2 S1
18
克劳修斯熵的定义： dS dQr T
dS 微小过程中的熵变 dQr 微小可逆过程中吸收的热 T 微小可逆过程中的温度
其唯一效果是（自动地） 把热全部转变成功的过程 是不可能发生的
4
2.热传导 其唯一效果是热量自动地
从低温物体传向高温物体
的过程是不可能发生的
3. 结论
1)自然界中一切与热现象有关的宏观 过程均是不可逆过程
2)宏观上与热相伴过程的不可逆性是 相互沟通的
5
§2 热力学第二定律 一. 宏观表述
第10章 热力学第二定律 §1 自然过程的不可逆性 §2 热力学第二定律 §3 态函数熵与熵增加原理
* §4 熵概念的推广
1
§1 自然过程的不可逆性 一. 可逆过程与不可逆过程 1.定义 某系统经过过程 P 从一状态变化到另一状态
如果存在一个过程使系统和外界完全复原 则说明原过程 P 是可逆的 否则是不可逆的
T
Q吸
S
Q放
S
24
卡诺循环温熵图
T
a
b
T1百度文库
A Q1 Q2
T2
d m
c
S
n
c
abcda包围的面积 abnma包围的面积
1
T2 T1
25
超流---喷泉
12
§3 态函数熵与熵增加原理 一.熵的定义 玻耳兹曼定义式
S k ln
•熵是状态参量 是系统紊乱程度的量度 与 E T P 同地位
13
二. 熵增加原理 热律的数学表述
孤立系统自发过程方向性问题
不可逆过程 ΔS S2 S1 > 0
可逆过程
S 0
表述：
ΔS 0
孤立系统内进行的过程 熵永不减少
熵是状态参量 与过程无关
19
dS dQr T
当系统由平衡态（1）
r
经历“任意过程”变化到
平衡态（2）时 系统的熵的增量为
S1 (1)
S2
S1
任
dQr 意T
可逆
(2)
S2
20
四. 熵的计算 1. 热力学基本方程
热I律 dQ dE dA
可逆过程热I律 TdS dE＋PdV
得
dS PdV dE
1）等温过程
T1 T2
ΔS R ln V2
V1
2）等容过程
V1 V2
S
CV
ln
T2 T1
3）自由膨胀 设计连接初、末态的可逆过程
T1 T2 设计等温可逆过程连接初末态
ΔS R ln V2 > 0
V1
23
五.温熵图
dS dQr T
Qr TdS
r
对可逆过程
T-S曲线下面积为吸（放）的热
T
1.克劳修斯(Clisuis)表述：(制冷机) 热量不能自动地从低温物体传向高温物体
2.开尔文（Kelvin)表述：(热机)
其唯一效果是热全部转变成功的过程 是不可能发生的
(第二类永动机是不可能造成的)
6
二.热力学第二定律的微观解释
1.宏观状态与微观状态
宏观上看：
左右
左、右两部分各有多少粒子 宏观态 而不去区分究竟是哪个粒子 微观上看： 具体哪个粒子在哪？
注意: •孤立系统内过程必有 ΔS 0
•实际一个过程还可能有 ΔS < 0
14
三. 熵与热量 1.克劳修斯熵公式
由热力学温标 Q1 Q2 0
T1 T2
可逆循环中有 Qi 0 i Ti
T1
Q1 Q2
T2
卡诺循环
15
任意可逆过程(准静态、无摩擦)
P
卡诺循环
Q Q
V
i1
i2 0
TT
i1
i2
5. 热律的微观解释 自发过程的方向性
如 自由膨胀 讨论
有序 小 大无序
1)自然过程从热力学几率小向热力学几率大 的方向进行
2)宏观上认为不可能出现的状态 在微观上认为是可能的 只不过几率太小而已
3)热律是统计规律 (与热律不同)
9
4 ) 一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的 方向进行
功热转 机械功（电功） 热能
编号为 a b c d
微观态
1 4
6 4
1 7
2.热力学几率(概率) 一个宏观态对应的微观态
宏观态 微观态
1 1
数目叫做这一宏观态的
热力学几率
4 4 6 6 4 4
3. 等几率假设
1 1
孤立系统中 每个微观态出现的几率相同
4. 在诸多的宏观态中
热力学几率大的宏观态最易出现 (平衡态)
8
换
有序运动
无序运动
热传导 T1 T2
动能分布较 有序
气体自由膨胀
T
T
动能分布更 无序
位置较有序
位置更无1序0
楼塌是一个从有序到无序的过程 熵增过程
不可收拾 不可逆
11
强调： 热二律的本质
与热相联系的自然现象中 自发过程都是不可逆的
特殊情况 低温时超流现象--吸收光的热量转化为功 是可逆过程 需用新的理论解释
dQ T
n
lim n i 1
ΔQi1 Ti1
ΔQi2 Ti2
0
可逆循环
可逆循环 16
dQ T
n
lim n i 1
ΔQi1 Ti1
ΔQi2 Ti2
0
可逆循环
dQ 0
可逆循环 T
注意：
克劳修斯等式
1)积分路径的限制 --- 沿可逆过程！
2)热温比 dQ
火 商 中国文化
T
17
dQ 0 沿可逆过程的积分与路径无关
T
21
dS PdV dE T
2.理气态函数熵的计算公式
dS PdV dE R dV CV dT
T TV
T
Δ S V2 RdV T2 CV dT
V1 V
T1 T
R ln
V2 V1
CV
ln
T2 T1
理想气体
dE CVdT P RT
V22
讨论
S
R ln
V2 V1
CV
ln
T2 T1
2
2.注意关键词 •判断的是原过程P •系统和外界全复原 •可逆过程是理想过程
P
2 1
3.只有准静态 无摩擦的过程 才是可逆的过程
P dV
初始小过程 dA PdV
恢复小过程 dA PdV
准静态无摩擦 PdV
3
二. 一切自然过程都是不可逆过程 自然过程有明显的方向性 如 功变热 热传导 扩散
可逆循环 T
反映了始末的某个状态量的变化
P
dQr dQr 0
1a2 T
2b1 T
2
即 dQr dQr
1a2 T
1b2 T
1
V
令
( 2 ) dQr (1) T
S2 S1
18
克劳修斯熵的定义： dS dQr T
dS 微小过程中的熵变 dQr 微小可逆过程中吸收的热 T 微小可逆过程中的温度