第4章3宏观过程的方向性+4热力学第二定律+5初识熵
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第四章 第5节 初 识 熵
第5节初_识_熵一、对熵的认识1．方向性不可逆过程总是系统从有差异的状态向无差异的均匀状态过渡，从有规则向无规则过渡，从集中向分散过渡。
2．有序、无序把系统的有差异的不均匀、有规则、集中说成有序，把系统的无差异的均匀、无规则、分散说成无序。
3．熵代表系统的无序性程度。
无序性大，熵大；无序性小，熵小。
二、熵增原理1．内容孤立系统的熵总是增加的，或者孤立系统的熵总不减少。
2．公式(1)ΔS表示过程中熵的变化，则熵增原理可以表示为：ΔS≥0。
(2)ΔS＝0表示系统处于平衡态，ΔS>0表示孤立系统的任何一个过程熵总是增加的。
3．适用条件孤立系统。
1．判断：(1)热传递的后果总是使得系统的温度分布趋于均匀化。
()(2)同一种物质在不同的状态下熵值一样。
()(3)孤立系统中的气体与外界无能量交换。
()答案：(1)√(2)×(3)√2．思考：刚买的扑克牌按花色及大小规则排列，我们打牌时要洗牌，让其混乱，哪种情况熵更小一些？提示：新牌熵小些，因为按花色及大小有序、有规则排列，故新牌的熵更小些。
1.有序与无序所谓有序，是指事物内部的要素或事物之间有规则的联系和运动转化；无序是指事物内部各种要素或事物之间混乱而无规则的组合和运动变化。
2．扩散、热传递的微观解释(1)扩散：扩散过程中气体分子完全打破了原来的有序分布，变得较为无序。
即从微观角度看，扩散现象实质上是系统向无序程度增加的方向进行的过程。
(2)热传递：高温物体中的分子平均动能大，低温物体中分子平均动能小。
两物体接触前，这些分子有序地按平均动能大小分居两处。
让两物体接触经一段时间后，高温物体温度降低，分子平均动能减小，低温物体的温度升高，分子平均动能增大，最后达到同一温度。
两物体的分子平均动能也变成一个中间值，运动较快的分子不再同运动较慢的分子隔开，分子的运动变得较为无序。
可见，热传递实质上也是向无序程度增加的方向进行的过程。
3．热力学第二定律的微观本质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。
(完整版)热力学第二定律.ppt
热力学第二定律的微观实质
从微观上看，任何热力学过程都伴随着大量分子的无序运 动的变化。热力学第二定律就是说明大量分子运动的无序程度 变化的规律。 •功转换为热：大量分子的有序运动向无序运动转化， 是可 能的；而相反的过程，是不可能的。
•热传导：大量分子运动的无序性由于热传导而增大了。 •自由膨胀：大量分子向体积大的空间扩散，无序性增大。
不可能从单一热源吸收热量，使它
Q
完全转变为功而不引起其它变化。
热源
A. 从单一热源吸收热量，使它完全转变为功，一定要引起 其它变化。
特例：等温过程从单一热源吸收热量，并完全用来做功， 必导致系统体积变化。
B. 第二类永动机不可能制成。
η 100% 2.克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
讨论： A.没有外界做功，不可能从低温热源将
热量传输到高温热源。 B.第二类永动机不可能制成。
高温热源 Q1 A
Q2 低温热源
热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提 出的。对热机，不可能吸收的热量全部用来对外 作功；对制冷机，若无外界作功，热量不可能从 低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种 表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。
S 0
(孤立系, 自然过程)ห้องสมุดไป่ตู้
§8-6 热力学过程的不可逆性
广义定义：假设所考虑的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；反之，如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员，则称为不可逆过程。
各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态 数多，这种宏观态出现的可能性就大。
第四章热力学第二定律
无限可转换能—机械能，电能
能量转换方向性的 实质是能质有差异 部分可转换能—热能
T T0
不可转换能—环境介质的热力学能
能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过 程，其总效果是总体能质降低。
q1 q2 wnet
代价
q2 T1 T2
q2
T2 T1
代价
wnet q1 q2
二.热力学第二定律的实质和表述
衡量制冷循环经济性的工作系数称为制冷系数，即
q2 q2 制冷系数可以大于1， w q1 q2 等于1或者小于1
衡量热泵的经济性的工作系数称为供热系数，即
/ q1 q1
供热系数总是大于1
w q1 q2
/ q1 q1 q1 q2 q2 1
w q1 q2
q1 q2
第二节 热力学第二定律 （Second law)
三、两种说法的等价性
克劳修斯说法：不可能把热从
1.违反克劳修斯说法 必然违反开尔文说法
低温物体传到高温物体而不 引起其它变化。
开尔文说法：不可能从单一
高温热源T1
热源取热，使之完全变为有 用功，而不引起其它变化。
Q1
WB
AW Q2
Q2 Q1>Q2
低温热源T2
A－违反Clausius表述 B－Carnot热机
把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫热 机循环或动力循环，它使外界得到功。
热源
Q1
热机
Q2
冷源
W Q1 Q2
2、逆循环（counterclockwise direction cycle):
把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆 向循环，分为制冷循环和热泵循环，它消耗外界 的功。
第4节 热力学第二定律
3.热机 (1) 热 机 工 作 的 两 个 阶 段 ： 第 一 个 阶 段 是 燃 烧 燃 料 ， 把 燃 料 中 的 __化__学__能____变成工作物质的__内__能_____。 第二个阶段是工作物质对外__做__功___，把自己的内能变成_机__械__能___。 (2)热机的效率：热机输出的__机__械__功__W___与燃料产生的__热__量__Q___
喷 气 发 动
思考：绝热汽缸和活塞内部有通电的电阻丝，内部封闭一
定质量的理想气体而处于平衡状态，现对电阻丝通电，气
体吸收一部分热量Q而对外缓慢做功。它能将吸收的热全部
用来做功吗？
P
Байду номын сангаас
P0
PV C T
体积增大，温度必然升高，也就是说它无法自发的把 吸收的内能全部转化成机械能。必然还有一部分用来增加 它的内能。
德国物理学家和数学家克劳修斯(热力学的主要奠基人 之一)敏锐的察觉到能量在转化或转移过程中，不仅总量遵 循守恒，还存在方向性的问题。其中首次明确指出热力学 第二定律的基本概念。
第4节 热力学第二定律
一、宏观过程的方向性 二、热力学第二定律的两种表述
1.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。阐述的是传热的__方___向__性___。
同最量水铁 ．终从的块
两铁温的 者块度温 温传升度 度到高降 相水，低
，热，
的使点会 温铁热不 度块量会 更温给低 低度高温 ？更温的
高的水 ，铁再 水块传
热量可以自发的从高温传给低温物体。
热量可不可以自发的从低温物体 传给高温物体？ 不可以
热量可不可以从低温物体传给高 温物体？ 可以 电冰箱
大学物理热力学第二定律 熵-17页PPT资料
所以
（不(A B R可T 1Q ）逆 ）（A (B R可T 2Q )逆 ）SBSA （不T Q 可 逆d）S
R2 （可逆）
V
总之，
Q 0
等号适用于可逆过程
SB SA
BQ
AT
T
及 dS Q
T
对孤立系统： S0 熵增加原理
不等号适用于不可逆过程 克劳修斯不等式
T1
T2
Q
T1
1
Q1
A2
Q2
T2
不 可 逆 机
E2
可逆
h1
1T0 T1
A1 Q1
不可逆
h2
1T0 T2
A2 Q1
T1 T2 h1 h2
A1 A2
（同样的Q1，可逆机利用率高） 退降能量 E A A 1 A 2
T0
Q 1(h1h2)
不可逆过程不断产生熵
22 热力学第二定律 熵
热力学第二定律主要讨论热力学过程自动进行的方向问题
22.1自然过程的方向
一、自然过程的方向
例：
1. 功热转换： 热自动的全部转换为功
不可能
2. 热传导： 热量自动从低温物体传到高温物体
不可能
3. 气体的绝热自由膨胀：气体绝热自由收缩
不可能
一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.
重物下落dh,水温上升dT
吸收热量所能做的最大功 dAMgd卡 h
Mgd(1h T0 )
TdT
退降能量 dE MgM dhg(1 dh T0 )
MgdhT0
TdT
T
dScmlnTdT TdT
前面已得
dT
S2
2019高中物理第四章第3、4节宏观过程的方向性热力学第二定律课件教科选修3_3
4．其他过程的方向性 (1) 燃烧 现象、 爆炸 现象也具有方向性。 (2)在事件发生时，只沿某个方向发生，而不可能在_没__有_ __外__界__影__响__的情况下沿相反方向发生的过程称不可逆过程。
二、热力学第二定律 1．热力学第二定律的表述 (1)克劳修斯表述 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。 (2)开尔文表述 不可能从单一热源 吸收热量使之全部变为有用的功而不 产生其他影响。 2．意义 热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律。
第3、4节
宏观过程的方向性 热力学第二定律
一、宏观过程的方向性 1．热传递的方向性 在无外界影响的情况下，热只能从高温 物体传向低__温__物 体，要使热量从低温物体传向高温物体，外界必须对物体 做__功__，即热传递具有 方向性 。
2．扩散现象的方向性
实事表明大量分子从某一位置扩散到其他空间，在没有其他
(2)分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发 性”和“不引起其他变化”的物理意义。
1．[多选]下列说法正确的是 A．热量能自发地从高温物体传给低温物体 B．热量不能从低温物体传到高温物体 C．热传导是有方向性的 D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
()
解析：如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物 体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是 不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物 体传到高温物体，选项 A 对，B 错，C 对；气体向真空中膨 胀的过程是不可逆的，具有方向性，选项 D 对。 答案：ACD
4．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是
()
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
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。
热力学第二定律
图 2.2 卡诺定理的证明
即任意热机传给低温热源的热较少。 现在，将这两部热机组成如图所示的联合热机，它们是这样工作：任意热机Ir从高 温热源T2吸收热Q2，并作出WIr的功，同时将︱QIr︱的热传给低温T1，现将卡诺热机倒逆 转成制冷机，需要WR的功才能从低温热源T1吸热QR，同时有︱Q2︱的热传入高温热源 T2，联合热机工作的净结果是： (1) (2) 高温热源T2没有任何变化。Ir从T2吸收热Q2，R又放入T2热︱Q2︱； Ir作了︱WIr︱的功，而R只消耗了WR的功，因为 ︱WIr︱> WR，所以，联合热机
陕西师范大学物理化学精品课程
假定 因为 所以 据热力学第一定律
ηIr >ηR η=W/ Q2
∣WIr∣> WR， Q = Q2 + QIr = ∣WIr ∣ Q = Q2 + QR = WR
据能量守恒原则，QIr与QR数量肯定不等。 因为 又因为 所以 QIr = Q2−∣WIr ∣， ∣WIr ∣> WR QIr < QR ( 2–3 ) QR = Q2 − WR
图 2.1 卡诺热机
单一热源T2吸收了Q2 −︱Q1∣热量全部变为功， 而没有其它变化，这违反了开氏的说 法。证毕。同理证得：若开氏说法不成立，则克氏说法也不能成立，(书上有证法)。故 得出这两种说法是完全等效的。 2. 对开氏说法不能误解为：热不能全部变为功。应注意条件，应是在不引起其它变化的 条件下，热不能完全转化为功。 例如： 理想气体等温膨胀时，ΔU = 0，Q = −W，即把从单一热源吸收的热全部变 成了功，但体系的体积变大，压力变小，状态发生了变化。 3. 热力学第二定律是人类经验的总结， 意思是： 功可以全部转化为热而不引起其它任何 其它变化。 开氏的说法断定了热和功不是完全等价的， 功可以无条件的 100﹪转化为热， 而热则不能无条件的 100﹪的转化为功。说明热和功之间是不可逆的、有方向性的。一 切实际过程都具有不可逆性，而且他们的不可逆性都可归结为热功转换过程的不可逆 性。 因此， 他们的方向性都可用热功转化过程的不可逆性来表述。 根据判据的共同准则： 像热力学第一定律找出 U、H 热力学函数，由其改变量 ΔU、ΔH 就可知道过程的能量变 化一样。热力学第二定律中也找出了热力学函数，由其改变量判断过程的方向和限度，
即任意热机传给低温热源的热较少。 现在，将这两部热机组成如图所示的联合热机，它们是这样工作：任意热机Ir从高 温热源T2吸收热Q2，并作出WIr的功，同时将︱QIr︱的热传给低温T1，现将卡诺热机倒逆 转成制冷机，需要WR的功才能从低温热源T1吸热QR，同时有︱Q2︱的热传入高温热源 T2，联合热机工作的净结果是： (1) (2) 高温热源T2没有任何变化。Ir从T2吸收热Q2，R又放入T2热︱Q2︱； Ir作了︱WIr︱的功，而R只消耗了WR的功，因为 ︱WIr︱> WR，所以，联合热机
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假定 因为 所以 据热力学第一定律
ηIr >ηR η=W/ Q2
∣WIr∣> WR， Q = Q2 + QIr = ∣WIr ∣ Q = Q2 + QR = WR
据能量守恒原则，QIr与QR数量肯定不等。 因为 又因为 所以 QIr = Q2−∣WIr ∣， ∣WIr ∣> WR QIr < QR ( 2–3 ) QR = Q2 − WR
图 2.1 卡诺热机
单一热源T2吸收了Q2 −︱Q1∣热量全部变为功， 而没有其它变化，这违反了开氏的说 法。证毕。同理证得：若开氏说法不成立，则克氏说法也不能成立，(书上有证法)。故 得出这两种说法是完全等效的。 2. 对开氏说法不能误解为：热不能全部变为功。应注意条件，应是在不引起其它变化的 条件下，热不能完全转化为功。 例如： 理想气体等温膨胀时，ΔU = 0，Q = −W，即把从单一热源吸收的热全部变 成了功，但体系的体积变大，压力变小，状态发生了变化。 3. 热力学第二定律是人类经验的总结， 意思是： 功可以全部转化为热而不引起其它任何 其它变化。 开氏的说法断定了热和功不是完全等价的， 功可以无条件的 100﹪转化为热， 而热则不能无条件的 100﹪的转化为功。说明热和功之间是不可逆的、有方向性的。一 切实际过程都具有不可逆性，而且他们的不可逆性都可归结为热功转换过程的不可逆 性。 因此， 他们的方向性都可用热功转化过程的不可逆性来表述。 根据判据的共同准则： 像热力学第一定律找出 U、H 热力学函数，由其改变量 ΔU、ΔH 就可知道过程的能量变 化一样。热力学第二定律中也找出了热力学函数，由其改变量判断过程的方向和限度，
热力学第二定律
左1，右3， 微观状态数 4
左0，右4，微观状态数 1
15
6
左4 右0
5
左3 右1 4
3
左2 右2
2
左1 右3
1
0
4个粒子分布
左0 右4
按统计理论的基本假设：对于孤立系统, 各微观状态出现的概率是相同的.
总微观状态数16: 左4右0 和 左0右4概率 各为 1/16； 左3右1和 左1右3概率 各为 1/4；
3
例3. 气体自由膨胀的方向性
气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩 的过程是不可能的.
4
总结: 1.热 功 不可以自动地进行:不引起 其他变化,其唯一效果是热全部转化为功 的过程是不可能发生的.
2.热量不能自动地从低温物体传向高 温物体:其唯一效果是热从低温物体 传向高温物体的过程是不可能发生的.
复习
例1．功热转换的方向性 例2．热传导的方向性 例3. 气体自由膨胀的方向性
各种实际宏观过程的方向性都是相互依存的。 相互依存:一种过程的方向性存在(消失), 则另一过程的方向性也存在(消失) .
19
热力学第二定律的表述
1.克劳修斯(Clausius)表述: 热量不能自动地从低温物体传向高温物体. 或说“其唯一效果是热量从低温物体传向高温物体 的过程是不可能发生的”.
怎样定量地描写状态的无序性和过程的方向性？
（以气体自由膨胀为例来说明）
一.微观状态与宏观状态
将隔板拉开后, 只表示A,B中各有多少个分子 ----称为宏观状态;
表示出A,B中各是哪些分子 (分子的微观分布) ----称为微观状态 14
左4，右0，微观状态数 1
左3，右1， 微观状态数 4
左2，右2，微观状态数 6
热力学第二定律ppt课件
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功 ，而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%，总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成，不可以制成的原因：违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ，并可从一种表述导出另一种表述
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功，而不产生其他影响
机械能
全部转化（自发）
转化中有其他影响 （要向低温热库放热）
内能（热）
不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什 么现象？
铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两 者温度相同。
问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度 降低的情况？
不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
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。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热 量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的 是( BC )
不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功 ，而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%，总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成，不可以制成的原因：违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ，并可从一种表述导出另一种表述
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功，而不产生其他影响
机械能
全部转化（自发）
转化中有其他影响 （要向低温热库放热）
内能（热）
不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什 么现象？
铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两 者温度相同。
问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度 降低的情况？
不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
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。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热 量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的 是( BC )
第四章 热力学第二定律
虽然为实现各种非自发过程补偿是必不可少 的，但是为提高能量利用的经济性，人们一 直在最大限度地减少补偿。 热力学第二定律的任务：研究热力过程的方 向性，以及由此而引出的非自发过程的补偿 和补偿限度等。 二、热力学第二定律的表述 克劳修斯的说法：不可能把热量从低温物体 传向高温物体而不引起其他变化。
⑵卡诺循环热效率永远小于1。这是因为Tl＝ ∞或T2 = 0 是不可能达到的。 ⑶当Tl= T2时，卡诺循环热效率为零，即只 有单一热源存在时，不可能将热能转变为机 械能。 二、逆卡诺循环 如果卡诺循环按逆时针方向进行，则称为卡 诺逆循环。 如下图所示。
对于制冷机的卡诺逆循环，其制冷系数用下 式表示，
同理可证 A B 也不成立，因此唯一可以
成立的结果是 A B 。
定理一得证。
例题： 1.某热力设备，工作在1650℃ 的炉膛燃气 温度和15℃的低温热源之间，求：1）该 热力设备按卡诺循环工作时的热效率以及 产生 6×105 kw时的吸热量Q1和放热量Q2 ； 2）如果热力设备的实际效率只有40% ， 其有效功率仍为6×105 kw ，问吸热量Q1 和放热量Q2又是多少？
若循环中全部过程都可逆，则该循环称为可逆循环； 若循环中部分过程或全部过程都不可逆，则该循环为 不可逆循环。 根据循环的热力学特征，可把循环分为热机循环（正 循环）和制冷循环（逆循环）。 正循环的效果是使热能转变为机械能，系统向外输出 功。如图所示，循环按顺时针方向进行，图（a）中12-3为工质膨胀，从高温热源吸收热量Q1。工质经3-41回到初态的过程中，工质受压缩，向低温热源放出热 量Q2。工质对外做功的净功为W，用循环1-2-3-4-1所 包围的面积表示，等于工质从高温热源吸取的热量与 向低温源放出的热量之差。即
4热力学第二定律
答案： 令过程进行得无限缓慢，使胀缩速度v→0 缓缓压缩（或膨胀），从而使外界压强仅比系统大（或小） 一个无限小量，这个过程就可以反向进行（其结果是系统和 外界同时回到初态）。
——准静态（平衡）过程
此外还应保证： 在此过程中不能出现任何耗散力的作用。
对于热传导过程，欲其为可逆过程，须满足条件： 过程进行得无限缓慢 即： 缓缓加热（或放热）， 从而使外界温度仅比系 统大（或小）一无限小 量（等温热传导） ，这 个过程就可以反向进行 ——其结果也是系统和 外界同时回到初态。 T1+3δT T2
气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 非平衡态到平衡态的过程是不可逆过程
二、各种不可逆过程的等价性
功变热的不可逆性 a. 假设： 热可以自动 转变为有用功。 T1 Q A=Q Q2 T1 Q1 → 热传导的不可逆性 热可以自动从低温物 体传向高温物体。 则： A Q Q1 Q2 热源T1净吸热为： Q1 Q Q2
N N N CN 2 2N 1 Ω( ) 2 2
Ω 2N
由上例可以推广到气体分子在任意体积V中按照位置分布 的情况。 例如：若气体包含粒子总数为 N 气体体积为 V 可以将此体积划分为大量的微小区域 每个微小区域所占体积均为 δV
δV
V MδV
易知，此系统按位置分布所对应的微观态总数为： 或写为：
二、单原子理想气体熵的宏观表示
S k ln Ω
考虑将玻尔兹曼的熵定义与宏观量联系起来，以便于计算。
对于单原子理想气体处于某一平衡态时：
宏观描述：
p, V , T
状态方程
pV RT
微观描述： 单原子分子的位置、速度及其分布。
Ω(V , T ) S S (V , T ) 设分子按位置分布的微观态数为 Ωp 按速度分布的微观态数为 Ω v
——准静态（平衡）过程
此外还应保证： 在此过程中不能出现任何耗散力的作用。
对于热传导过程，欲其为可逆过程，须满足条件： 过程进行得无限缓慢 即： 缓缓加热（或放热）， 从而使外界温度仅比系 统大（或小）一无限小 量（等温热传导） ，这 个过程就可以反向进行 ——其结果也是系统和 外界同时回到初态。 T1+3δT T2
气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 非平衡态到平衡态的过程是不可逆过程
二、各种不可逆过程的等价性
功变热的不可逆性 a. 假设： 热可以自动 转变为有用功。 T1 Q A=Q Q2 T1 Q1 → 热传导的不可逆性 热可以自动从低温物 体传向高温物体。 则： A Q Q1 Q2 热源T1净吸热为： Q1 Q Q2
N N N CN 2 2N 1 Ω( ) 2 2
Ω 2N
由上例可以推广到气体分子在任意体积V中按照位置分布 的情况。 例如：若气体包含粒子总数为 N 气体体积为 V 可以将此体积划分为大量的微小区域 每个微小区域所占体积均为 δV
δV
V MδV
易知，此系统按位置分布所对应的微观态总数为： 或写为：
二、单原子理想气体熵的宏观表示
S k ln Ω
考虑将玻尔兹曼的熵定义与宏观量联系起来，以便于计算。
对于单原子理想气体处于某一平衡态时：
宏观描述：
p, V , T
状态方程
pV RT
微观描述： 单原子分子的位置、速度及其分布。
Ω(V , T ) S S (V , T ) 设分子按位置分布的微观态数为 Ωp 按速度分布的微观态数为 Ω v
热力学第二定律课件
，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能 只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免 地将一部分热量传给低温热库.
例2 (多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( ) A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来
例1 (多选)下列说法正确的是( ) A.热量能自发地从高温物体传给低温物体 B.热量不能从低温物体传到高温物体 C.热传递是有方向性的 D.气体向真空中膨胀的过程是ห้องสมุดไป่ตู้方向性的
二、热力学第二定律和第二类永动机
1.热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提 出：热量不能自发地从 低温 物体传到 高温 物体.热力学第二定律的 克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性 . 2.热力学第二定律的开尔文表述 (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的 化学能变 成工作物质的 内能 .第二个阶段是工作物质对外 做功 ，把自己的内 能变成 机械能 .
3.机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦 而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在 地面上重新运动起来. 4.气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不 可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空.
【深度思考】
热传递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.两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物 体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个 过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实 现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的， 需要消耗电能.
第4章 3 宏观过程的方向性+4 热力学第二定律+5 初识熵
知识脉络
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3.学会用热力学第二定律解释自然界中 的能量转化、转移及方向性问题．(重 点) 4.了解熵的概念及熵增原理，并能解释 生活中的有关现象．(难点)
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宏观过程的方向性、热力学第二定律
[先填空] 1．宏观过程的方向性 (1)热传递的方向性 ①热量可以自发地由高温 物体传给低温 物体，或者由物体的 高温部分传给 低温部分． ②热量不能自发地由低温物体传给高温 物体． ③热传递是不可逆过程，具有方向性 ．
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1．对熵的理解 (1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系 统的熵就越大． (2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则 熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．
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2．对熵增原理的理解 (1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化 过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行．或者说，一个孤立系统的熵永远不 会减小．这就是熵增原理． (2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是 从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过 程总是向无序程度更大的方向发展．
• You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
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(3)第二类永动机 ①定义 从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器． ②第二类永动机不可能制成 第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律 ． ③热力学第二定律的又一表述 第二类永动机是不可能 制成的．
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