热力学第二定律的表述
热力学第二定律的实质与表述
热力学第二定律的实质与表述
热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，也是自然科学中最基本的规律之一。
它是指在自然界中，任何热量不可能从低温物体自发地传递到高温物体，而必须要借助于外界的能量输入才能实现。
热力学第二定律的实质是描述自然界中的热现象存在一种特殊的不可逆性。
不可逆性是指一个过程无法倒转到其初始状态。
例如，把一个冰块放在室温下，它会自然地融化，但是融化后的水无法再自发地冷却变成冰块。
这个过程就是一个不可逆过程。
热力学第二定律描述了这种不可逆性在热现象中的存在。
热力学第二定律有多种表述方式，其中比较常见的有以下几种：1.克劳修斯表述：不可能从单一热源吸热并完全将其转化为功而不
产生其他影响。
2.开尔文表述：不可能从一个热源吸热，将其全部转化为功，并使
其它热源不受影响。
3.普朗克表述：任何不可逆过程都会使系统的熵增加。
其中，克劳修斯表述更侧重于不可逆性的本质，开尔文表述更突出了热力学第二定律的应用，普朗克表述则更加直观地说明了熵的概念和变化。
总的来说，热力学第二定律揭示了自然界中的不可逆性，为热力学和能量转换领域的研究提供了基础和方向。
热力学第二定律的几种表述及关系
热力学第二定律的几种表述及关系
热力学第二定律
热力学第二定律有几种表述方式：
克劳修斯表述：
热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体；
开尔文-普朗克表述：
不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。
熵表述：
随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。
关系：
热力学第二定律的两种表述（前2种）看上去似乎没什么关系，然而实际上他们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。
意义：
热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
第二类永动机（不可能制成）
只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
热力学第二定律的六种表述
热力学第二定律的六种表述
热力学第二定律是指系统在物理或化学过程中，总的熵增加原则。
在简单语言中，这个定律指出，在任何关闭的系统中，有序的能量会
变为无序的能量，熵（混乱）总是增加。
以下是热力学第二定律的六种表述：
1、约瑟夫·默林定律：“内可逆变化的无序性或混乱的生成，是
所有物理和化学过程的基本特征”。
2、比尔·温斯顿定律：“总的热力学熵（混乱）总是增加的”。
3、熵定律：熵（混乱）总是增加，不可逆变化的总熵永远是正的，微量变化的总熵永远是非负的。
4、熵总量定律：“没有耗散的能量，且无限接近于热平衡状态的
改变，其熵也不可能减少”。
5、热力学无条件定律：“在有限体系中，熵必然增加；另一方面，熵的增量就是在系统内部耗散的热量的多少”。
6、泰勒定律：“对于一般的物理和化学反应，在热平衡状态下，
其可逆物理和化学变化的热力学熵的总增加量是正的”。
热力学第二定律的表述卡诺定理
解热力学第二定律提供了重要的理论支撑。
02
卡诺定理在热力学理论体系中占据着重要的地位，是
热力学理论的重要组成部分。
03
卡诺定理在能源利用、节能减排等领域具有重要的应
用价值，对于推动可持续发展具有重要意义。
05
总结与展望
卡诺定理与热力学第二定律的总结
卡诺定理
卡诺定理是热力学的基本定理之一，它指出在可逆过程中，工作量与热量之间的转换关系，即在一个封闭系统中，工 作量等于热量与温度之比。
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热力学第二定律的表述方式
克劳修斯表述
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
熵增加原理
在一个封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，直到达 到平衡态，此时熵达到最大值。
柯尔莫哥洛夫表述
对于封闭系统，总存在着一个宏观状态，使得该系统的熵等于最大 值。
02
卡诺定理的介绍
卡诺定理的内容
01
卡诺定理指出，在两个恒温的热源之间工作的可逆热机，其效 率不可能超过工作在相同温度下的可逆热机的效率。
02
可逆热机是一种理想化的机器，其工作过程可以完全逆转而不
产生任何外部效应。
卡诺定理是热力学第二定律的一个重要推论，它揭示了热机效
03
率的极限。
卡诺定理的物理意义
卡诺定理表明，在两个恒温热源之间工作的热机，其效率最高只能达到1T1/T2（T1和T2分别为高温和低温热源的温度）。
这个极限效率是由热力学第二定律所规定的，任何实际热机都无法突破这 一限制。
卡诺定理的物理意义在于它揭示了热机效率的局限性，从而限制了利用热 能转化为机械能的效率。
卡诺定理的重要性
从克劳修斯和开尔文的描述证明热力学第二定律的数学表达式
从克劳修斯和开尔文的描述证明热力学第二定律的数学表达式
克劳修斯表述的热力学第二定律是：“热量不能自行由低温物体传到高温物体。
”
开尔文表述的热力学第二定律是：“热力学过程中不可能从单一热源中吸热使之完全变为功而不产生其他影响。
”
这两个描述可以使用数学表达式来证明热力学第二定律。
首先，假设存在一个完全可逆的过程，使得热量从低温物体Tc流入高温物体Th，而不产生其他影响。
根据热力学中的能量守恒定律，低温物体吸收的热量Qc和高温物体排放的热量Qh之和应等于零，即Qc + Qh = 0.
根据克劳修斯描述，热量不能由低温物体自行传到高温物体，因此Qc必须大于零，而Qh必须小于零。
所以Qc > 0 且 Qh < 0.
根据开尔文描述，不可能从单一热源中吸热使之完全变为功而不产生其他影响。
因此，对于低温物体来说，从中吸收的热量Qc要一部分用于产生功W，即Qc - W = 0，而不可能全部用于产生功且不产生其他影响。
综上所述，根据克劳修斯和开尔文的描述，我们可以推导出热力学第二定律的数学表达式：
Qc > 0， Qh < 0， Qc + Qh = 0， Qc - W ≠ 0.
所以热力学第二定律的数学表达式可以表示为：
ΔS = ΔS系统+ ΔS环境≥ 0.
其中ΔS表示熵的变化，系统和环境的熵变化之和应大于等于零，表示熵的增加不可逆过程无法自行进行。
热力学第一定律和第二定律的表述及其本质
热力学第一定律和第二定律的表述及其本质热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在任意一个过程中，系统的总能量（包括动能、势能和热能）是保持不变的。
这意味着在热力学过程中，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
这个定律可以用如下方程来表示：ΔE = Q + W其中，ΔE表示系统的总能量变化量，Q表示系统接受或放出的热能，W表示系统接受或放出的功。
热力学第二定律有两种常见的表述方式。
第一种是由爱因斯坦和普朗克提出的熵增加原理，即热力学过程中熵增加的期望值是非负的。
这个定律可以用如下方程来表示：ΔS ≥ 0其中，ΔS表示系统的熵变化量。
第二种是由约瑟夫·佩尔森提出的热力学第二定律，即热力学过程中熵增加的期望值等于热力学系统接受的热能除以热力学系统的温度。
这个定律可以用如下方程来表示：ΔS = Q/T其中，Q表示系统接受的热能，T表示系统的温度。
热力学第二定律的本质是描述了热力学过程中能量的不可逆性。
也就是说，热力学过程中能量总是从更高熵的状态流向更低熵的状态，而不会反过来。
这也是为什么机械能量守恒定律（动能守恒定律）与热力学第二定律的区别，机械能量守恒定律只适用于描述机械运动过程中的能量转化，而热力学第二定律则描述了能量在热力学过程中的转化。
热力学第二定律有两种常见的表述方式。
第一种是由爱因斯坦和普朗克提出的熵增加原理，即热力学过程中熵增加的期望值是非负的。
这个定律可以用如下方程来表示：ΔS ≥ 0其中，ΔS表示系统的熵变化量。
第二种是由约瑟夫·佩尔森提出的热力学第二定律，即热力学过程中熵增加的期望值等于热力学系统接受的热能除以热力学系统的温度。
这个定律可以用如下方程来表示：ΔS = Q/T其中，Q表示系统接受的热能，T表示系统的温度。
热力学第二定律的意义在于它为热力学过程的研究提供了理论基础，使得我们能够准确地预测和解释热力学过程中能量的转化规律。
同时，热力学第二定律也为工程设计和应用提供了重要的参考，使得我们能够更加科学地利用热力学原理来提高工作效率。
热力学第二定律的几种表述及关系
热力学第二定律的几种表述及关系
热力学第二定律
热力学第二定律有几种表述方式：
克劳修斯表述：
热量能够自觉地从较热的物体传达到较冷的物体，但不行能
自觉地从较冷的物体传达到较热的物体；开尔文 - 普朗克表
述：
不行能从单调热源汲取热量，并将这热量变成功，而不产生
其余影响。
熵表述：
随时间进行，一个孤立系统中的熵老是不会减少。
关系：
热力学第二定律的两种表述（前2 种）看上去仿佛没什么关系，但是实质上他们是等效的，即由此中一个，能够推导出另一个。
意义：
热力学第二定律的每一种表述，揭露了大批分子参加的宏观
过程的方向性，令人们认识到自然界中进行的波及热现象的
宏观过程都拥有方向性。
微观意义
全部自然过程老是沿着分子热运动的无序性增大的方向进
行。
第 1页
第二类永动机（不行能制成）
只从单调热源汲取热量，使之完整变成实用的功而不惹起其他变化的热机。
第 2页。
简述热力学第二定律的克劳修斯表述
简述热力学第二定律的克劳修斯表述克劳修斯表述的热力学第二定律是指：在一个封闭系统中，不可能将热量完全转化为做功而不产生其他影响。
这个定律对于能量转化的方向和效率有着重要的指导意义，它揭示了自然界中能量转化的普遍规律。
热力学第二定律的克劳修斯表述是热力学中最重要的定律之一。
它由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯于1850年提出，是热力学的基石之一。
这个定律是指在一个孤立系统中，热量不会自动从低温物体传递到高温物体，而只有在外界施加额外的工作时，热量才能从低温物体传递到高温物体。
简单来说，克劳修斯表述的热力学第二定律告诉我们，热量不会自发地从冷物体转移到热物体，而只有通过外界的干预，例如施加压力或利用其他形式的能量，才能实现这一过程。
这个定律的意义在于揭示了能量转化的不可逆性，即能量总是从高能态流向低能态，而不会相反。
克劳修斯表述的热力学第二定律对于自然界的各种能量转化过程具有普适性。
无论是热机、制冷机还是其他热能设备，都必须遵守这个定律。
例如，汽车发动机利用燃烧产生的热能驱动活塞运动，将热能转化为机械能。
但是，发动机的效率永远不可能达到100%，因为根据克劳修斯表述，总会有一部分热量无法转化为有用的功，而是以废热的形式散失出去。
克劳修斯表述的热力学第二定律还有一个重要的应用领域，即制冷技术。
制冷机的工作原理就是利用外界施加的功将热量从低温环境中抽取出来，然后释放到高温环境中。
这个过程与克劳修斯表述的热力学第二定律是一致的，即热量不会自发地从低温环境转移到高温环境，而需要外界的能量输入。
总结起来，克劳修斯表述的热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它揭示了能量转化的不可逆性。
根据这个定律，热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而只有通过外界施加的额外工作，热量才能从低温物体转移到高温物体。
这个定律对于能量转化的方向和效率有着重要的指导意义，不仅在热力学领域有广泛的应用，也在能源利用和制冷技术中具有重要的意义。
热力学第二定律的两种表述及其等效性
热力学第二定律的两种表述及其等效性热力学第二定律的两种表述及其等效性1热力学第二定律的开尔文表述2热力学第二定律的克劳修斯表述3两种表述的等效性问题的提出:能否制造效率等于100%的热机?211||1Q W ηQ Q '==-热当|Q 2|=0时, W′=Q 1, η热=100%高温热源T 1低温热源T 21Q 1W Q =02＝Q 工作物质从单一热源吸收热量而对外作功。
若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却1℃ , 所获得的功就相当于1014t 煤燃烧后放出的热量。
1. 热力学第二定律的开尔文表述从单一热源吸热并将其全部用来作功，而不放出热量给其它物体的机器(η =100%) .高温热源T 1低温热源T 21Q 1W Q '=热力学第二定律的开尔文表述 : 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。
开尔文说法反映了功热转换的不可逆性。
l 第二类永动机：(1) 热力学第二定律开尔文表述 的另一叙述形式:第二类永动 机不可能制成. 热功转化具有方向性说明21111Q W Q Q η'==-<热(2) 热力学第二定律的开尔文表述 实际上表明了低温热源T 2高温热源T 12Q 21Q Q =当|Q 2|=Q 1时, W =0, 2212||Q Q W Q Q η==-冷0W =热量可以自动地从低温物体传向高温物体.实践证明:自然界中符合热力学第一定律的过程不一定都能实现，自然界中自然宏观过程是有方向性的.η=∞冷2. 克劳修斯表述(Clausius's statement of second thermodynamics law)克劳修斯表述(Clausius‘s statement of second thermodynamics law)：不可能使热量自动地从低温物体传向高温物体，而不产生其他影响。
克劳修斯说法反映了热传导过程的不可逆性。
热力学第二定律
§10.8热力学第二定律一、热力学第二定律任务自然界中发生的过程总是有方向的。
热力学第二定律正是反映了自然界中热力学过程的方向性问题，是自然界经验的总结。
二、热力学第二定律的两种表述 1、开尔文表述（开氏表述）：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使它完全变为有用功而不引起其它变化。
说明：1）前提：即工作物质必须循环动作和其它物体不发生任何变化。
2）开尔文说法是从功热转化的角度出发的，它揭示了功热转换是不可逆的，即3）开尔文表述可等价说成“第二类永动机是不可能制造出来的。
” 2、克劳修斯表述（克氏表述）：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。
注意：1）条件：“自动地”2）表明热传递的不可逆性 3、两种表述的等效性1）开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立；若开氏说法不成立，则热机可从高温热源吸收热量Q 1，全部用来对外作功A= Q 1；这个功A 可用来驱动一台致冷机，从低温热源吸收热量Q 2，同时向高温热源放出热量Q 2+ A= Q 2+ Q 1。
两者总的效果是低温热源的热量传到了高温热源，而没产生其它影响，显然违反了克劳修斯说法。
2）克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立；若克劳修斯说法不成立，即热量可自动地从低温热源传到高温热源。
考虑一台工作于高温热源与低温热源的热机。
从高温热源吸收热量Q 1，向低温热源放出热量Q 2，则Q 2能自动地传到高温热源；两者总的效果是热机把从高温热源吸收的热量全部用来对外作功，这显然违反开氏说法。
由此，可以看出热力学第二定律的表述是多种多样的，而且不同的表述是可以相互沟通的。
三、热力学第二定律的本质 1、可逆过程与不可逆过程一个热力学系统经历一个过程P ，从状态A 变到状态B ，若能使系统进行逆向变化，从状态B 又回到状态A ，且外界也同时恢复原状，我们称过程P 为可逆过程；反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。
热力学第二定律经典表述
I. 证明若Kelvin表 达不成 立 (非B)，则 Clausius表述也不成立(非A)
若非B，Kelvin表达不成立，即可用一热机 (R)从单一热源（T2）吸热 Q2 并全部变为功 W ( = Q2 ) 而不发生其他变化 (如图)。
再将此功作用于制冷机（I），使其从低 温热源（T1）吸取 Q1 热量，并向高温热 源（T2）放出热量： Q1 + W = Q1 + Q2
II. 证明若Clausius表述不成立(非A)， 则Kelvin表达不成立(非B)
若非A，即热 (Q2 )可自发地由低温热源 ( T1) 流向高温热源 ( T2 )，而不发生其他 变化；
在 T1、T2之间设计一热机R，它从高温 热源吸热 Q2，使其对环境作功 W，并 对低温热源放热 Q1 （如图）；
ii）应注意的是：热不能全部变成功而没有任 何其他变化。
如理想气体等温膨胀：U = 0，Q =- W，恰 好是将所吸收的热量全部转变为功；
但这时体系的体积有了变化 (变大了) ，若 要让它连续不断地工作，就必须压缩体积， 这时原先环境得到的功还不够还给体系；
所以说，要使热全部变为功而不发生任何其 他变化 (包括体系体积变化) 是不可能的。
表述 A = 表述 B 即热力学第二定律的克劳修斯表述与开
尔文表述等价。
二、关于热力学第二定律表述的几点说明
1. 第二类永动机不同于第一类永动机，它必须 服从能量守恒原理，有供给能量的热源，所 以第二类永动机并不违反热力学第一定律。
它究竟能温热源无热量得失， 低温热源失热： Q2－ Q1 = W
即总效果是：从单一热源 T1 吸热 (Q2Q1) 全部变为功 (W) 而不发生其他变化，即 Kelvin 表达不成立 (非B成立)；
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：起始的商（数值上相等）：终态的熵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。
热力学第二定律的通俗解释
热力学第二定律的通俗解释
热力学第二定律的通俗解释是：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而是会自发地从高温物体传递到低温物体。
热力学第二定律也可以表述为：在任何热力学过程中，总是存在一个物理量，即热力学熵，随时间不断增加，除非输入能量来降低熵。
热力学熵描述了系统的无序程度，包括温度、压力、体积、物质等物理性质。
熵的增加代表了系统不可逆的趋势，热能总是从高温度向低温度流动，而不会相反。
热力学第二定律是物理学的重要定律，性质类似于牛顿第二定律和能量守恒定律。
它指导了许多工程和自然科学领域的应用，例如热工学、热电力学和化学反应动力学等。
热力学第二定律四种表述
热力学第二定律四种表述热力学第二定律是热力学中的一条基本原理，它有四种常见的表述方式，分别是：1. 克劳修斯表述：任何热源不可能自发地从低温物体上吸热，然后把热传递给高温物体，而无需外界做功。
热力学第二定律的克劳修斯表述告诉我们，热量是无法从低温环境自发地转移到高温环境的，除非外界做功。
这个表述揭示了自然界中热量传递的偏向性，即热量总是自发地从高温物体传递到低温物体。
2. 开尔文表述：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不引起其他变化。
热力学第二定律的开尔文表述强调了热量与功的转换关系。
它告诉我们，无法通过单一热源吸热并将其完全转化为有用的功而不引起其他变化。
这个表述也暗示了热能的一部分必然会以无用的形式散失。
3. 普朗克表述：任何不可逆过程的熵产生必定大于零。
熵是描述系统混乱程度的物理量，热力学第二定律的普朗克表述指出，任何不可逆过程都会导致系统的熵增加，即系统的混乱程度增加。
熵的增加代表能量的分散和无序化，这也是不可逆过程不可逆的原因。
4. 卡诺表述：任何两个温度不同的物体之间，不论通过什么方式和介质，热量传递的效率都不可能达到100%。
热力学第二定律的卡诺表述指出，在两个温度不同的物体之间，无论通过何种方式和介质传递热量，始终无法实现100%的热量传递效率。
这是因为热力学第二定律强调了热量的不可逆性和熵的增加，无法将热量完全转化为有用的功。
这个表述也为卡诺热机的工作原理和效率提供了理论基础。
以上四种表述方式分别从不同的角度描述了热力学第二定律的内容和规律，对于理解能量转换和热传递的基本原理具有重要的指导意义。
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。
热力学第二方程定律
热力学第二定律是自然界的基本定律之一，描述了能量转换过程的方向性和效率极限。
该定律有几种不同的表述方式，但核心思想是一致的，主要包括以下几个方面：
1. 克劳修斯表述（Clausius Statement）：
热量不能自发地从低温体传到高温体。
这意味着热量只能从高温区域流向低温区域，如果没有外部工作或其他能量的消耗，热量不能自行从低温物体流向高温物体。
2. 开尔文表述（Kelvin-Planck Statement）：
不可能从单一热源吸取热量并完全转化为功，而不产生其他影响或在任何循环过程中不对外界做功。
也就是说，不存在一种装置可以从单一热源吸收热量并在没有任何废热排放的情况下，将其全部转化为有用的功，这就是所谓的第二类永动机是不可能存在的。
3. 熵增原理（Entropy Principle）：
在一个封闭（孤立）系统中，自发过程总是伴随着熵（S）的增加。
在不可逆过程中，系统的总熵永远不会减小，而在平衡状态下，系统的熵达到极大值。
这
里的熵可以理解为系统无序度或混乱程度的一个度量。
综合起来，热力学第二定律揭示了能量转换过程的自发性，即自然过程总是倾向于向熵更大的状态发展，并限制了能源转换的效率上限。
它阐述了能量在转换过程中不可避免的存在浪费，而且这种浪费是向着增加系统总熵的方向进行的。
热力学第二定律的开尔文说法
热力学第二定律的开尔文说法
热力学第二定律有不同的表述：其中开尔文表述为：不可能从单一热库（源）吸收热量，使之完全变成功（全部对外做功），而不产生其他影响（不引起其他变化），表达的是能量和功之间转换的单向性。
热力学第二定律，表达的是能量传递的单向性（孤立系统熵增大原理）。
该定律表明，能量的传递是有自发方向的，也就是，虽然能量可以双向传递，但是只有但一方向的传递，才是自发的，也就是不需要外界帮助的。
热力学第二定律，热力学基本定律之一，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。
熵增原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。
热力学第二定律
2．[多选]关于热力学定律，下列说法正确的是
()
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物 体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，A 项正确；对物 体做功的同时物体向外界放热，则物体的内能可能不变或减小， B 项错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提 下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，C 项正确； 在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物 体，D 项错误；根据热力学第二定律可知，E 项正确。 答案：ACE
热力学第二定律与热力学第一定律比较
1．热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系 热力学第一定律揭示了做功和传热对改变物体内能的 规律关系ΔU＝W＋Q，指明内能不但可以转移，而且 还能跟其他形式的能相互转化。热力学第一定律是能 量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度
区 揭示不同物质运动形式相互转化的可能性 别 热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方
(1)高温物体热热量量QQ不能能自自发发传传给给低温物体
(2)功不能能 自发自地发且地不 完能 全完转全化转为化为热
(3)气体体积V1
能自发膨胀到 不能自发收缩到
气体体积V2(较大)
(4)不同气体A和B
能自发混合成 不能自发分离成
混合气体AB
4．热力学第二定律的其他描述 (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 (3)第二类永动机是不可能制成的。
热力学第二定律的经典表述
§2．热力学第二定律的经典表达 Classical express
热二律有许多种表达方式，但实质都一样，都是来说明自发 过程的方向性问题，即都是来说明自发过程的不可逆性的。 因而任何一种关于自发过程的不可逆性或方向性的表述都可 以说是热二律的一种说法，各种说法都是等价的，都有着内在的 联系。由于热二律最初是在研究热机的效率的问题时提出来的， 所以几种经典表达方式都是与功热转换相联系的。 ⑴1850年 克劳修斯说： 热不可能从低温流向高温而不产生其他影响。
⑶ （因此热二律的另一种表述也可描述为：） 第二类永动机是不可能的。 倘若第二类永动机能造成，那么就可以无限制的把一个物体的 能量以热的形式提取出来，使之完全变成功而不产生其他变化。 海洋就是一个巨大的热源，只要海水的温度降低0.01K，其 释放出的能量足可供全世界的机器运转上千年，能量危机不复存 在。而且有了这样的机器把它安装在远洋轮船上，轮船就不需要 携带燃料，真是无本求利，一本万利的事。
但无数次的实验都失败了，这是因为违背热力学第二定律， 是根本不可能的。如果我们要想连续不断的从海洋中提取热量而 做功，则必须另有一个热源，它至少要和海洋一样大，但温度却 比海洋低，这样一个热源是找不到的。
热力学第二定律的每一种说法都是等价的，它们有着内在 的联系。违背一种，必然违背另一种。 热力学第二定律是建立在无数事实的基础上，是人类经验的 总结，它不是由某些定律推导出来的。 热二律虽然字面简单，但寓意深刻，它反映了自然界中的一 个普遍存在的客观真理。真正能理解它也是件不容易的事。
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积分与路径无关
第六章 热力学第二定律
《热学》 课件
在可逆过程中，系统从状态A变化到状 态B ，其热温比的积分只决定于初末状态 而与过程无关. 可知热温比的积分是一态函 数的增量，此态函数称为熵(符号为S）.
物理意义
热力学系统从初态 A 变化到末态 B ， 系统熵的增量等于初态 A 和末态 B 之间任 意一可逆过程热温比（ dQ / T ）的积分.
1。要有循环
系统
A Q1=A
不
2。热量全转为功 可
3。外界无影响
能
开尔文表述还可表达为： 第二类永动机造不成
第六章 热力学第二定律
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开尔文表述的理解
对等温膨胀
QT
p p1
p2
U
A
过程是从单一热 源吸热作功，而 不放出热量给其 它物体.
单个过程可实现， 但它不是循环过程
与开尔文表述不矛盾
第六章 热力学第二定律
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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，它只从单一热源吸取热量，全部变为 有用功，而外界不产生影响（不放出热量 给其它物体，或者说不使外界发生任何变 化）。
第六章 热力学第二定律
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开尔文表述的理解
高温热源 Q1
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二、 可逆过程与不可逆过程
可逆过程 : 一个系统由某状态出发，经 过某一过程达到另一状态，如果存在另一 个过程，它能使系统和外界复原，则原来 的过程叫做可逆过程 .
准静态无摩擦过程为可逆过程
第六章 热力学第二定律
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不可逆过程：用任何方法都不能使系统和外 界复原的过程叫做不可逆过程. 非准静态过程为不可逆过程. 可逆过程的条件 准静态过程（无限缓慢的过 程）的，无摩擦力、粘滞力或其它 耗散力作功的，无能量耗散的过程 .
A ABEF 的面积 (P )V (V )T ①
(P)T Q1 [ P ](V )T (U )T ② 2
第六章 热力学第二定律
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根据卡诺定理，可逆循环的效率为：
A T1 T2 Q1 T1
A T T A Q1 对微小可逆卡诺循环，可得： Q1 T T (P)T T (P)V (V )T {[ P ( )]( V )T (U )T } 2 T 略去三级无 T 穷小 量可得：(P)V (V )T [ P(V )T (U )T ] T
第六章 热力学第二定律
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以卡诺机为例，有
Q1 Q2 Q1
T1 T2 T1
( 不可逆机 ) （可逆机）
第六章 热力学第二定律
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6-5 热力学温标
热力学温标，与测温物质性质无关的温标
1、热力学温标的建立过程： 设有温度为θ1、θ2两个恒 温热源. 这里的θ1、θ2 可以是任何 温标所确定的温度。
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第六章
热力学第二 定律
按李椿著《热学》内容体系编写 第十三章 热力学基础
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本章目录
6-0 教学基本要求 6-1 热力学第二定律 6-2 热现象过程的不可逆性 6-3 热力学第二定律的统计意义 6-4 卡诺定理 6-5 热力学温标
第六章 热力学第二定律
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本章目录
分子分布全在左侧气 室有1/4的可能性
当N 4时, W 1 16
n1 1 n2 4
n3 4
n5 1
分子分布全在左侧气 室有1/16的可能性
n3 6
第六章 热力学第二定律
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N个分子全在左侧气室的可能性 （分布几率）规律为：1/2N
气室的几率为： 1
若1摩尔分子由左气室自由膨胀后，全回到左
Q2 f ( 3 . 2 ) Q3
Q1 f ( 3 . 1 ) ( 6 . 2 ) Q3
Q3 E3 Q1 θ
1
θ
3
f (1. 2 )
f ( 3 . 2 ) ......(6.3) f ( 3 .1 )
Q3 E2
Q2 ( 2 ) 令 (6.4) Q1 (1 )
61023
2
太小了！！
热力学第二定律的统计意义： 孤立系统内部发生的过程，总是由热 力学几率小的状态向热力学几率大的状态 进行.
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6-4 卡诺定理
一、 卡诺定理
(1) 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 .
(2) 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 .
相 当 于
Q1 系统 A Q1=A
违 背 开 尔 文 表 述
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开尔文表述与克劳修斯表述的等效性
若开尔文表述不对，则克劳修斯表述也不对
高 温 热 源 T1 Q1
制冷机
.
高温热源
Q1
热机
A
Q2 低 温 热 源T2
相 当 于
Q2
低温热源
违 背 克 劳 修 斯 表 述
第六章 热力学第二定律
第六章 热力学第二定律
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三 熵的引入意义
（1）熵的概念建立，使热力学第二定律 得到统一的定量的表述 .有了数学表达式。 （2）熵是孤立系统的无序度的量度.（平 衡态时熵最大.）（热力学几率W 愈大，熵 愈高，系统无序度愈高.）
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1 熵的引入准备
Q1 Q2 T1 T2 对可逆卡诺机 Q1 T1
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热传导 高温物体 非均匀、非平衡 扩散过程
自发传热
非自发传热
低温物体 均匀、平衡
V
有序
自发 V V 外力压缩
无序
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二 无序度和微观状态数
不可逆过程的本质 系统从热力学几率小的状态向热力学 几率大的状态进行的过程 . 一切自发过程的普遍规律都是由 几率小的状态 几率大的状态
3 热力学第二定律可有多种说法，每 种说法都反映了自然界过程进行的方向性 . （每个同学都可以说一种，试一下！）
??
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6-2 热现象过程的不可逆性 一、 开尔文表述与克劳修斯表述的等效性
若克劳修斯表述不对，则开尔文表述也不对
高温热源 Q1
.
高温热源
Q2
系统 A Q2 低温热源
讨论： 气体的自由膨胀（气体分子在空间 的分布问题） 容器被隔板分为左右两个气室，左侧 开始集中N个分子，右侧为空。现抽去隔板 后，N个分子再重新集中在左空间的几率W
当N 1时, W 1 2
分子分布在左侧气室有1/2的可能性
第六章 热力学第二定律
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当N 2时, W 1 4
Q1 Q2 T1 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
Q 等温过程中吸收或放出 热温比 T 的热量与热源温度之比 .
第六章 热力学第二定律
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结论 ：可逆卡诺循环中，热温比总和 为零 .
任意的可逆循环可视为由许多可逆卡 诺循环所组成. p Qi 对任一微小可逆
卡诺循环，有
Qi Qi 1 0 Ti Ti 1
U P P( )T T ( )V V T
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可得到 意 义
U P ( )T T ( )V P V T
应用热力学第二定律就把物质的状态方 程和内能两方面的平衡性质联系起来
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一
6-7 熵
有序与无序
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 无序
Q1 E1 Q2 θ
2
Q2
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中ψ(θ)为另一普适函数. 这个函数的形式与温标Q的选择有关，所 选温标Q的不同，应有一系列函数ψ(θ)满 足（6.4）式。
式
开尔文首先建议引入一个新的温标T,令 T∝ψ(θ),这样,(6.4)式就化为：
Q2 T2 (6.5) Q1 T1
1 ( p1 ,V1 , T )
W
V1
P-V 图
( p2 ,V2 , T ) 2
V2
o
V
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开尔文表述的理解
p
a
T1
T1 T2
b
T2
高温热源 T1
Q1
卡诺热机
d
A
A
过程 是可 以的
c
V
Q2
低温热源 T2
o
对卡诺循环是循环过程，但需
两个热源，且使外界发生了变化 （有放热Q2).
第六章 热力学第二定律
《热学》 6 课件
5 4 3 2 1 0 4个粒子分布
左4 左3 左2 左1 左0
右0 右1 右2 右3 右4
假设所有的微观状态其出现的可能性是相同的（等概率原理）
N= 4个粒子，总状态数16， 左4右0 和 左0右4，几率各为1/16； 左3右1和 左1右3 ，几率各为1/4； 左2右2， 几率为3/8。 对应微观状态数目多的宏观状态其出现的 几率最大。
第六章 热力学第二定律
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永 动 机 的 设 想 图
第六章 热力学第二定律
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