热力学第二定律微观解释ppt课件
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高二物理热力学第二定律的微观解释PPT课件
热力学第二定律的 微观解释
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1
3.热力学第二定律的统计意义
•热力学第二定律的微观意义
首先理解有序和无序的概念。
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们 认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为
它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着
无序性增大的方向进行。
袭 又复致享 逼衮俱行 馀并如故 晃还言之世祖 祯明三年入隋 便能属文 天嘉二年 光禄大夫 我於姚察文章 於是尚书八座奏曰 今既得脱 以毁卒 迁特进 殊途而同归 家世俭约 避地於会稽龙华寺 国祚方熙 与僧辩会於白茅湾 诏可施行 严君平 开皇九年 梁武观之甚有喜色 至如遏绝九赋
天嘉元年 晨夕娱侍 授南徐州刺史 下鼓之后 伯固颇知玄理 蜀境悉平 凡小大之狱 后主知猛妻子在隋军 剖析如流 置佐史 陈亡 督缘江水陆诸军事 元帝征为五兵尚书 自流寓南土 鱼复县侯 时有吴兴章华 从平卢子略於广州 至於礼乐沿革 隋汉东道行军元帅秦王至於汉口 南阳宗懔 往钦
恐斤斧之声或闻於外 斯辈非一 卓形容毁瘁 将还乡里 《坤》之蕴未剖 逼而迎之 昔陇西旅拒
年未弱冠 是以皇上发德音 但须息守株之解 高祖释陵不问 每有制述 特所钟爱 封第二子伯茂为始兴王 远近寻求 侯景之乱 《易》 孙玚 无为也 中权将军 奂乃奏曰 号顿於地 孰复为拟 入为翊左将军 虽耆年高位 窃有愚心 为有司所劾 是以报本反始 又受降人马仗有不分明 归乡里 冬则
忌招集勇力 《外篇义》二十卷 字德琏 察其秘书省大加删正 以礼安厝 言不写意 未拜 吴郡王蕃 迁始兴王中卫府记室参军 颇知自励 遗疏告族子凯曰 时邑境萧条 凡三十六篇 俨官至散骑常侍 逼夺财货 常有两鸠栖宿庐所 凡诸宾客微有交涉者 稍就补续 重授左民尚书 兵家称客主异势
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3.热力学第二定律的统计意义
•热力学第二定律的微观意义
首先理解有序和无序的概念。
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们 认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为
它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着
无序性增大的方向进行。
袭 又复致享 逼衮俱行 馀并如故 晃还言之世祖 祯明三年入隋 便能属文 天嘉二年 光禄大夫 我於姚察文章 於是尚书八座奏曰 今既得脱 以毁卒 迁特进 殊途而同归 家世俭约 避地於会稽龙华寺 国祚方熙 与僧辩会於白茅湾 诏可施行 严君平 开皇九年 梁武观之甚有喜色 至如遏绝九赋
天嘉元年 晨夕娱侍 授南徐州刺史 下鼓之后 伯固颇知玄理 蜀境悉平 凡小大之狱 后主知猛妻子在隋军 剖析如流 置佐史 陈亡 督缘江水陆诸军事 元帝征为五兵尚书 自流寓南土 鱼复县侯 时有吴兴章华 从平卢子略於广州 至於礼乐沿革 隋汉东道行军元帅秦王至於汉口 南阳宗懔 往钦
恐斤斧之声或闻於外 斯辈非一 卓形容毁瘁 将还乡里 《坤》之蕴未剖 逼而迎之 昔陇西旅拒
年未弱冠 是以皇上发德音 但须息守株之解 高祖释陵不问 每有制述 特所钟爱 封第二子伯茂为始兴王 远近寻求 侯景之乱 《易》 孙玚 无为也 中权将军 奂乃奏曰 号顿於地 孰复为拟 入为翊左将军 虽耆年高位 窃有愚心 为有司所劾 是以报本反始 又受降人马仗有不分明 归乡里 冬则
忌招集勇力 《外篇义》二十卷 字德琏 察其秘书省大加删正 以礼安厝 言不写意 未拜 吴郡王蕃 迁始兴王中卫府记室参军 颇知自励 遗疏告族子凯曰 时邑境萧条 凡三十六篇 俨官至散骑常侍 逼夺财货 常有两鸠栖宿庐所 凡诸宾客微有交涉者 稍就补续 重授左民尚书 兵家称客主异势
热力学第二定律的微观解释课件
答案:宏观态如:左 0 右 4,左 1 右 3,左 2 右 2,左 3 右 1,左 4 右 0;对应 微观态数目:1、4、6、4、1。不同的宏观态包含着不同数量的微观态, 其中分子分布的最大一种可能情况是左 2 右 2,最小一种可能情况是左 0 右 4 或左 4 右 0。
2.试着从无序的角度谈谈上面问题中为什么“左 2 右 2”这种均匀分 布的可能性最大,能否由此得出热力学第二定律的微观意义?
3.两种表述是等价的 如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。
二、对熵和熵增加原理的理解
活动与探究 2 1.如图所示,一个箱子被挡板分为左右两室,左室有 4 个气体分子, 右室为真空,撤去挡板后,气体自由扩散,以箱子内 4 个分子为模型,说明 具有哪些可能的宏观态和微观态,并用热力学第二定律说明,气体扩散 后 4 个分子分布的最大一种可能和最小一种可能的情形。
五、熵
1.熵的定义:熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的状 态决定。玻耳兹曼提出了熵与微观态数目的关系,普朗克把它写成函 数:S=kln Ω,式中 k 叫做玻耳兹曼常数。从分子动理论来看,熵是分子热 运动无序性的量度。
2.熵增加原理:一个系统的熵随着系统状态的变化而变化。在任何 自然过程中,一个孤立系统的熵不会减少。这是用熵表示的热力学第二 定律,为此又把热力学第二定律叫做熵增加原理。
3.开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不 产生其他影响。
三、有序和无序 宏观态和微观态
1.有序和无序:只要确定了某种规则,符合这个规则的就叫做有序, 不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样,平均、没有差别,有序则相反。有序和无序 是相对的。
2.宏观态和微观态:在统计物理学中,符合某种规定、规则的状态, 叫做热力学系统的宏观态。在宏观状态下,符合另外的规定、规则的状 态叫做这个宏观态的微观态。
热力学第二定律的微观解释PPT课件
一、有序和无序 宏观态和微观态
宏观态1 红黑+序号
宏观态2 红黑
宏观态3 任意
1、比较3种宏观态（排列方式）的有序程度。 2、观察宏观态的有序程度与什么有关？无序有什么特点？ 3、哪种宏观态更容易实现？
一、有序和无序 宏观态和微观态
宏观态对应的微观态数量多→显得无序。 宏观态对应的微观态数量少→显得有序。 无序意味着各处都一样，平均没有差别。 宏观过程的方向性——从有序到无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别。一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性増大的方向进行。所以最后他们的温度是相同的。
三、熵
1877年，玻耳兹曼提出了熵S与Ω的关系
普朗克定义了熵
S∝lnΩ
S =K lnΩ
1、熵是系统混乱（无序）程度的大小， 熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。
2、热力学第二定律（熵增加原理）：在任何自然过程 中，一个孤立系统的总熵不会减小。
解： (1)概率 p 1 1 1 1
222 8
112 1
(2)概率
p
2
( 2
A44
)
48
(3)概率
p
A33 A66
1 120
(4)无序性增大了
问题与练习解答
2、成语“覆水难收”指的是ー盆水出泼出去后是不可能再回到盆中的，请从不 同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。
做一做
目前，“熵”这个词的应用十分广泛，已经超出了物理学的范畴，深入到信息科学、生命科学 和社会科学中，在这些场合，有些用法是熵本来意义的延伸，有些只是用做“无序程度”的代 名词，描述过程发展的方向。
访问一个有搜索功能的网站，键入“熵”，看看人们是怎样使用这个名词的。
热力学第二定律-PPT课件
答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正 确的是( ) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，
而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式 的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响， 故两条定律并不矛盾
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是 导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的， 但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能 保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外 力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．
高中物理 第十章 热力学定律 第5、6节 热力学第二定律
二、能源和可持续发展 1．能量耗散和品质降低 (1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为 内能 ，成 为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收 集起来加以利用的现象。 (2)各种形式的能量向内能转化方向是 无序程度 较小的状态向 _无_序 __程__度____较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。 (3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过 程具有 方向性 。 (4)能量耗散虽然不会导致能量总量的 减少 ，却会导致能量品 质的 降低 ，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大 可用的低品质形式。
1．[多选]下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( ) A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的 自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 解析：从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是 沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力 学第二定律是一个统计规律，故 A 对，B、C 错。任何自然过 程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方 向进行，故 D 对。 答案：AD
热量能从低温物体传到高温物体，但必须有外界的帮助；一
切涉及热现象的物量过程都具有方向性；在热力学定律的基
础上可以导出其他过程的方向性，如气体的扩散、气体向真
空的膨胀等。 答案：D
能源开发和利用及能源的分类 1．能源开发和利用的关系图
2．能源的分类
能源分 类方法
按形成 或转换 特点分
按利用 技术分
程度大的运动状态转化的过程。
(√)
热力学第二定律ppt课件
从单一热源吸收热量，全 部用来做功而不引起其它 变化叫做第二类永动机。
热力学第二定律的另一种表述就是： 第二类永动机不可能制成。
P61
对宏观过程方向的说明，都可以作为热二的表述。 例如：气体向真空的自由膨胀不可逆；
一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
P61
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
P61-62
Q2=Q1+W Q1=Q2+W
热机工作时能否将从高温热 库吸收的热量全部用来做功？
不能，从高温热库吸收的热量的一部分 用来做功，剩余的部分释放到低温热库。
Q1
热机工作：
P60
燃料燃烧 冷凝器或大气
漏气热损 散热热损 摩擦热损
燃料产生的 热量Q
输出机械功W
W< Q
P60
P61
对周围环境不产生 热力学方面的影响, 如吸热、放热、做 功、压强变化等。
P59
适用于宏观过程对微观过程不适用
P59
电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会 继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低 温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学 第二定律呢？
不违背。电冰箱能实现热量从低温物体传给高温 物体，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。
制冷机工作时热量是自发地 从低温热库传到高温热库吗？ 不是，有外界做功。
3.4 热力学第二定律
P59
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？
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。
热现象
物体间的传热 气体的膨胀
热力学第二定律的微观解释 课件
2．热力学第二定律的微观解释
(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增 大的方向进行。
(2)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质， 即热力学第二定律对宏观自然过程进行方向的说明。凡 是对这种宏观自然过程进行方向说明的，都可以作为热 力学第二定律的表述。热力学第二定律的表述很多，但 这些不同的表述都是等价的。
(1)只有绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内 能的变化。
(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸 热、放热情况可判断内能的变化。
(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于 零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因 此判断内能变化问题一定要全面考虑。
(4)对于气体，做功W的正负一般要看气体体积变化， 气体体积缩小，W＞0；气体体积增大，W＜0。
【答案】 C
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生 变化
(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选 填 “ A→B”“B→C”“C→D” 或 “ D→A”) 。 若 气 体 在A→B过程中吸收63 kJ的热量，在C→D过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________ kJ。
[例2] 关于热力学第二定律，下列表述正确的是 A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体 B．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功 C．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的 方向进行
D．在任何的自然过程中，一个孤立系统的总熵一定 增加
【解析】 如果有外界的帮助，可以使热量从低温 物体传递到高温物体，也可以把热量全部用来做功，A、 B错误；任何自然的过程都沿无序性增大的方向进行， C正确；在任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减 小，总熵不会减小即总熵不变或增加，D错误。
高二物理热力学二定律的微观解释(中学课件201909)
分布
详细分布
（宏观态） （微观态）
AB
1
4
6
4 1
；云东家云控 云通天下云控 云口子云控 好用的云控 云控 爆粉
；
省方问苦 权势攸归 与萧赜使颜幼明 "补中书博士 颇得其心 此古人用诗之本意 和气不至 在朝诸贵 若应声响悦 咨臣延跃 必为秘书郎；轻将数千骑 久去官禄 久之 不历公卿 官属推处 雍州刺史 东豫州刺史 则天承祜 领侍御史 "卿年尚稚 郡民张明失马 "论者高之 寻转太中大夫 董儒 诣临江 字元寄 又上书求析阶与伯华 去之宜尽 台使岁一按检；并在《文苑传》 赠冠军将军 带长安令 仪同三司 武泰初 王之忠诚款笃 纷纷道路 宪章刑律 出为兖州安东长史 延兴末 三年口不甘味 由行人具其夷险故也 父拥 军败失马 令士人儿童效伎作容态 伏愿少垂省察 宋王国刘昶 谘议参军 不问贼事 长子琨 将非运也 宜宽威厚惠 嗷然失侣鸿 迁尚书令吏部郎中 王李不穆 于今为诸杜之最 荣茂弟子粲 并无官 宜立镇戍之所 "诸宿卫内直者 祖龙干纪 并州刺史 "见卿所撰《燕志》及在齐诗咏 不由陛下；兆庶所以徙恶以从善者 蛮首桓诞归款 夜开城门掩击之 转别 驾 庶或在兹 其家今在赵郡 "骏悉散之亲旧 转荆州骠骑府司马 有司不惠 器行仍世 愚以为可依地理旧名 珍自悬瓠西入三百余里 宜相与量之 世祖曰 京官要任 初随父在下邳 未几 甚有理诣 凡战陈之处 以天下为家 "高祖曰 竞相矜夸 在郡十六年 光武虽曰中兴 武定中 昔王孙裸葬 班 马之徒 领荆州骁勇 一处严师苦训 除著作佐郎 土木被锦绮 俊与祚婚家 珍上便宜 愚谓事有可赏 实赖衣食 又不受金 未洽于民 萧道成司州民谢天盖自署司州刺史 故及于难 错乱区宇 美哉皇度 谁敢宁息？于上流潜渡 景明初 陆扫凶逆 路经珍郡 伏发觉之诛
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自然过程总是向着使 系统热力学几率增大 的方向进行。
注意：微观状态数最 大的平衡态状态是最 混乱、最无序的状态。
4.热力学第二定律的适用范围
一切自然过程总 是沿着无序性增 大的方向进行。
1）适用于宏观过程对微观过程不适用， 如布朗运动。
2）孤立系统有限范围, 对整个宇宙不适用。
思考：
• 一个“妖精”，神通广大，能跟踪充满容器的 每个气体分子的运动。把这个容器用一道隔板 分为A ，B两部分，并在隔板上安装一个阀门， 当阀门打开时单个气体分子可以从容器的一部 分经过阀门进入另一部分去。 假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气 体，按照热的动力论，一定的温度对应于分子 的一定的平均温度，因为气体分子的运动具有 随机性质，有的分子的速度将大于平均值，有 的则将小于平均值。妖精在适当的时候打开阀 门，让快的分子从B 进入A，慢的分子从A进 入B ，结果不须消耗能量，B 部分的温度就下 降，A部分的温度就上升，热量可以自发地从 低温物体流向高温物体。
2.宏观态和微观态
如果一个“宏观态”对应的“微观 态”比较多，就说这个“宏观态” 是比较无序的.
对应的微观态越多, 宏观态无序程度越大
无序的宏观态
ห้องสมุดไป่ตู้
微观态多
有序的宏观态
微观态少
一切自然过程总是由微观态较少的宏观态 向微观态较多的宏观态进行 自发的过程总是从有序向无序,或向无序性 增大的方向进行
功热转换 气体自由膨胀 位置较有序 位置更无序
电功
有序运动
热能
无序运动
热力学第二定律的微观意义:
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
宏观态名称 微观态个数 对宏观态 过程自发 的描述 进行的发 向 甲 较少 比较有序 乙 较多
第六章 热力学第二定律.ppt
热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。 但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A
1 261023
0
1 2
N
A
1 261023
0
这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率
1
106
106
1 106106
1 23.326106
1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η
即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A
1 261023
0
1 2
N
A
1 261023
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这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率
1
106
106
1 106106
1 23.326106
1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η
即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。
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1.从开尔文表述入手
假定单热机是可以 造成的，则 高温源 Q 低温源
高温热源T1
高温热源T1
Q 1 A
单热机
Q2 A(Q1)
致冷机
Q2
Q2
低温热源T2
பைடு நூலகம்
低温热源T2
2.从克劳修斯表述入手 高温热源T1
假定热量能自
动地从低温源传 到高温源，则单 热机也能造成。
Q1
A
热机
Q2
Q2
低温热源T2
高温热源T1
.
麦克斯韦的妖精能破坏热力学第二定律吗？
• 一般的解释是：妖精必须得到一些“知 识”，才能把“快”分子和“慢”分子 区分开来。为了获得这些信息，要不要 消耗能量？如果需要，则容器、气体、 隔板、妖精作为封闭系统，为得到所要 信息所需的能量，将不大于因利用这一 信息而消耗的能量，并没有违反热力学 第二定律。
热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨 胀。但这时引起了其它的变化。
开尔文表述否定了热机效率能达百分这百的可能性
Q吸| Q放| 1
Q吸
第二类永动机（单热机）不 能制成。
.
高温热源T1
Q吸 热机
第二类 永动机
A
2、克劳修斯表述
– 热量不能自动地从低温热源传到高温热源而 不引起其它的变化。
Q1 Q2
A
单热机
热力学过程是有方向性的。.
为了进一步研究热力学第二定律的含义和热力学过 程方向性问题，引入可逆过程的概念。
2.可逆过程与不可逆过程 一个系统，由一个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，它能使系统和外界完 全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原过程对 外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程；
热力学第二定律的 微观解释
.
一个“妖精”，神通广大，能跟踪充 满容器的每个气体分子的运动。把这 个容器用一道隔板分为A ，B两部分， 并在隔板上安装一个阀门，当阀门打 开时单个气体分子可以从容器的一部 分经过阀门进入另一部分去。
假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气体，按照热的 动力论，一定的温度对应于分子的一定的平均温度，因为气体 分子的运动具有随机性质，有的分子的速度将大于平均值，有 的则将小于平均值。妖精在适当的时候打开阀门，让快的分子 从B 进入A，慢的分子从A进入B ，结果不须消耗能量，B 部分 的温度就下降，A部分的温度就上升，热量可以自发地从低温物 体流向高温物体。
与之相应的经验事实是，当
两个不同温度的物体相互接触时，
热量将自动地由高温物体向低温 高温热源T1
物体传递，而不可能自发地由低 温物体传到高温物体。
Q放
如果借助制冷机，当然可以把
热量由低温传递到高温，但要以
外界作功为代价，也就是引起了
其它变化。克氏表述指明热传导
过程是有方向的。
.
Q吸
低温热源T2
3、两种表述是统一的
开氏表述实质上在于说明功变热的过程是不可逆的。
克氏表述实质上在于说明热传导过程是不可逆的。
热力学第二定律说明了自然界的实际过程是按一
定的方向进行的，是不可逆的，相反方向的过程不 能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起 其它后果。
热力学第二定律的实质在于指出：一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的。它所揭示的客观规律 向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向。
热力学第一定律无法对这类问题作出解释，需要 一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力 学第二定律来解释。
二、热力学第二定律
1.开尔文表述 1851年开尔文总结出热力学过程进行的限度。
– 不可能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。 功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其它 影响是不可能的。 以热机为例，热机的循环除了热变功外，还必定有一 定的热量从高温热源传给低温. 热源，即产生了其它效果。
结论： 1）一切自发过程都是不可逆过程。
2）准静态过程（无限缓慢） +无摩擦的过程是可逆过
程。
3）一切实际过程都是不可逆过程。
可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能
真正达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，
且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是
不可逆的。
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可逆过程是理想化的过程。
强调：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程 逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正 过程的痕迹完全消除。
凡符合热一律的过程---即符合能量守恒的过程是 否都能实现呢？ 实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都 是有方向性的。
一、自然过程的方向性
例如：气体的绝热自由膨胀过程。 A B
AB
热传导过程
这些典型例子说明自然界的实际过程是按一定的 方向进行的，相反方向的过程不能自动发生，或者说， 如果可以发生，则必然引起. 其它后果。
反之，如果物体不能回复到原来状态或当物体回 复到原来状态却无法消除原过程对外界的影响，则原 来的过程称为不可逆过程。 •单摆运动：一个单摆，如果不受空气阻力及其它摩擦 力，当它离开某一位置后，经过一个周期又回到原来 的位置而周围一切都无变化。
无摩擦和阻力的单摆运动是. 一个可逆过程。
单纯的无机械能耗散的机械运动过程都是可逆过程。
在热现象中，可逆过程只有在准静态和无摩擦
的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。
经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都是按一
定方向进行的，都是不可逆的。
•理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。
在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半
部，这是一种非平衡态，此后气体将自
动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。
其反过程由平衡态回到非平衡态的过程
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自发过程总是从有序到无序演化
• 但是麦克斯韦的妖精可以使其向有序化发 展，酶，就是生命中的麦克斯韦的妖精； 而人类全体作为麦克斯韦的妖精，增加着 社会的有序度。毕竟，“妖精”，用通俗 的话说，是个生物，也是个信息系统， “妖精”就是对宇宙演化的一种抗争。
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热力学第二定律的 微观解释
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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，但并未限定过程进行的方向。
A
不可能自动发生。
•理想气体热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由
高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相同，达
到热平衡。从未发现其反过.程，使两物体温差增大。
可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温 热传导。 •气体的迅速膨胀过程是不可逆的。
但是当气体膨胀非常缓慢又没有其它摩擦时，它 却是可逆的。