热力学第二定律93966
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-PPT课件
答案 C
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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
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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．
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ppt课件
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 )
热力学第二定律 课件
拓展二 热力学第一、第二定律的比较及两类永动机 的比较
1．一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，能不 能把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？
提示：不可能，机械能和内能的转化过程具有方向性， 内能转化成机械能是有条件的．
2．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可 能造成？
提示：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做 功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机．第二类 永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程 具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却 不能全部转化为机械能，而不引起其他变化．
提示：不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作 的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同 时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通 过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高．
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产 生其他影响”“单一热库”“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．
答案：B
热力学第二定律
知识点一 热力学第二定律的第一种表述
提炼知识 1．热力学第二定律： (1) 一 切 与 热 现 象 有 关 的 宏 观 自 然 过 程 都 是 不 可 逆 的．如物体间的传热，气体的膨胀、扩散……都有特定 的方向性． (2)反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二 定律．
2．热力学第二定律的第一种表述，克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．
(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．
物理化学热力学第二定律课件
为了解决环境问题，需要采取节能减排措施，提高能源利 用效率，减少能量耗散和损失。同时，需要推动可持续发 展战略，实现经济发展和环境保护的良性循环。
03
热力学第二定律在环保技术中的应用
热力学第二定律在环保技术中有着广泛的应用，例如在热 力发电、制冷、空调、汽车节能等领域。通过合理利用和 回收能源，可以有效降低能量耗散和损失，提高能源利用 效率，从而减少对环境的负面影响。
热力学第二定律
孤立系统的总熵不会减少，即自然发生的反应总是向着熵增加的 方向进行。
熵与热力学第二定律的关系
热力学第二定律表明孤立系统的总熵总是增加的，即系统总是向着 更加无序和混乱的状态发展。
统计意义
熵的增加反映了自然界的不可逆过程和自发的变化方向，是自然界 的基本规律之一。
06 热力学第二定律的局限性 与发展
非平衡态热力学的提出
01
为了解决热力学第二定律的局限性热力学的应用
02
非平衡态热力学可以描述系统在非平衡态下的性质和行为，为
研究复杂系统提供了有力工具。
非平衡态热力学的挑战
03
非平衡态热力学的理论体系尚不完善，仍需进一步发展和验证
。
理想热机与实际热机的效率
理想热机是指没有能量耗散和损失的热机，其效率可以达到百分之百。然而在实际应用中 ，由于各种原因（如摩擦、不完全燃烧等），实际热机的效率总是低于理想热机的效率。
提高热机效率的方法
为了提高热机效率，可以采取多种方法，例如改善燃烧过程、减少摩擦和内部泄露、回收 和利用余热等。这些方法可以有效降低能量耗散和损失，从而提高热机的转换效率。
系统无序程度的量度。
热力学概率与自发过程的关系
自发过程总是向着热力学概率增加的方向进行，即向着更 加无序的方向发展。这也是热力学第二定律的实质。
热力学第二定律 课件
4．第二类永动机 (1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功 而不引起其他变化的热机。 (2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永
动机不违反能量守恒定律 ，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。
(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一 系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物 质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据 报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除 了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高 温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法 都不可能加以消除。
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。
5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的 方向性 的定律。
热力学第二定律与热力学第一定律比较
1．两个定律比较：①热力学第一定律是能量守恒定律 在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量 保持不变。②热力学第二定律是指在有限的时间和空间内， 一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性。
2．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
不消耗任何能量，可 将内能全部转化为机械能， 设计 以不断做功(或只给予 而不引起其他变化(或只有 要求 很小的能量启动后， 一个热源，实现内能与机
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律，也被称为熵增原理，是热力学中的重要概念和基本定律之一。
它描述了热量在自然界中的传递方向以及热能转化的限制性条件。
本文将对热力学第二定律进行详细阐述，并探讨其在热力学和其他学科中的应用。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是基于观察到的自然现象提出的。
根据实验证明，热量不会主动从低温物体传递到高温物体，而是相反的。
热力学第二定律指出，自然界中热量的传递是不可逆的。
热量只能从高温物体传递到低温物体，使得系统的熵增加。
在熵增的过程中，系统内部的能量分布不断趋向于均匀化，形成了热力学过程中不可逆的“箭头”。
而熵则是度量系统有序程度的物理量，可以理解为系统的混乱程度。
熵增原理表明，在孤立系统中，熵总是呈现出增加的趋势，即系统越来越趋向于无序状态。
二、熵的定义和计算熵是热力学中的一个重要概念，它用数学形式来度量系统的无序程度。
根据统计力学的原理，我们可以通过系统微观状态的概率分布来计算熵。
熵的定义可以用如下的形式表示：S = -ΣPi * ln(Pi)其中，S表示系统的熵，Pi表示系统处于第i个微观状态的概率。
ln 表示自然对数。
通过计算系统的熵，我们可以了解系统的无序程度。
当系统处于有序状态时，熵的值较低；当系统处于无序状态时，熵的值较高。
三、熵增原理的应用熵增原理不仅仅适用于热力学领域，还广泛应用于其他学科和领域。
下面列举几个熵增原理的应用：1. 生态学中的熵增原理：生态系统也可以视为一个开放的热力学系统，能量和物质通过生态系统的内外界面进行交换。
熵增原理告诉我们，生态系统会逐渐演化为更加复杂的状态，且系统中的生物多样性会逐渐增加。
2. 经济学中的熵增原理：经济系统可以看作是一个开放的热力学系统，资源的有限性导致了经济系统的不可逆性。
熵增原理在经济学中的应用主要体现在资源配置的优化和效率提高方面。
3. 信息论中的熵增原理：信息论研究的是信息的传递和处理问题。
根据熵增原理，信息传递的过程中会产生噪声和失真，不可逆的信息损失是不可避免的。
热学课件 热力学第二定律
果真可以，让海洋水温稍有降低，给出的热量足够人们用上千年。 例1：整个海水若温度降低0.1K,释放的热量够中国使用多少年？
解：海水大约1.36*1018m3, 质量为1.36*1021kg,水的比热容4.18*103J/kg K), 则海洋水温降低0.1K所释放的热Q= 1.36*1021*4.18*103*0.1=5.7*1023J， 2009年中国的能源消费总量为30亿吨标准煤，标准煤的燃烧值为：29MJ/kg， 总热量为：=2.9*107*3*1012 =8.7*1019J。够中国用 5.7*1023/(8.7*1019)=6551.7年！
Q
Q T0 T0
T>T0
反之TLeabharlann T0TTW
自动被压缩
W
T
所有宏观过程的 不可逆性都是等价的。 热力学第二定律的克劳修斯 表述： 热量不 能 自动地 由低温物体传向高温物体。
热力学第二定律的开尔文--普朗克表述： 其 唯一效果 是热全部变成功的过程是不可能的。
单热源热机是不可能制成的。 （热机的工质是做循环）
如果可以自动从低温热源吸热向高温热源放热
T1热库 Q2 反之 Q2 Q2 Q1 W
Q1- Q2 W
T2热库
T2热库
假设， 热可以自动从低温物体传向高温物体， 这将导致热可以自动转变成功。
气体向真空中绝热自 由膨胀的不可逆性
功变热的不可逆性
假设， 热可以自动转变成功，这将导致气体可以自动压缩。
W
T>T0
也就是说，只要违反其中的任一表述，必然会得到违反另一 种表述的结论。由此说明，两者都是等价的
反证I ：若克氏表述不真，则开氏表述也不真。
T1 hot
自 发 从 低 温 吸 热 反 克
热力学第二定律PPT课件
WR1 5743J
WI3 44.90103 J
上一页
WR2 5743J
I1+R2: Q=-W=-WI1-WR2 =-5743J (系统放热，得功）
I2+R2: Q=-W=-WI2-WR2 =-3498J (系统放热，得功）
R1+R2: Q=-W=-WR1-WR2 = 0
I3+R2: Q=-W=-WI3-WR2 = 39.16×103J
克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的。
T1
反 证
法
Q1
证
Q2
热机 W
两 种
Q2
说 法
T2
等 价
T1
Q1 W
热机
Q1 Q3
制冷机
Q3
T2
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而
不产生其它变化是不可能的。
3.热力学第二定律(the second law of thermodynamics) 克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的. 开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不
产生其它变化是不可能的。
注意不要把开尔文说法说成：功可以完全转化为热，
而热不能完全转化为功。遗留的其他变化很重要。
理想气体恒温膨胀时，它所吸收的热全部用来做功，
这是否违背开尔文说法?
不违背
它没有否定还有其它变化，此时附带的另一变化是 气体的体积变大，即系统的状态改变了
过程——体系状态随时间发生变化。
平衡态——在没有外部影响的条件下，系统的所 有宏观性质不随时间变化的状态。
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
热力学第二定律公式
热力学第二定律公式
热力学第二定律是一种基本的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时所表现出的一般性规律。
它的公式表达式为ΔS ≥ δQ/T，其中ΔS代表热力学系统的熵增量，δQ代表系统受到的热量，T代表系统的绝对温度。
它的定义如下：当一个物质在发生热力学过程时，物质的熵增量ΔS必须大于系统受到的热量δQ除以系统的绝对温度T，即ΔS ≥ δQ/T。
这一定律表明，当物质发生热力学过程时，物质的熵总是在增加，而不会减少，即熵增量ΔS必须大于等于零，而不能小于零。
当一个物质发生热力学过程时，熵增量ΔS可能会大于δQ/T，这表明物质的熵增量不仅是由外加的热量所决定，还受到系统的温度影响，即熵增量也受到温度的影响，这也是热力学第二定律的一个重要内容。
热力学第二定律是一个重要的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时的一般规律，即物质的熵总是在增加，而不会减少，而且熵增量的大小也受到系统的温度的影响。
鉴于热力学第二定律的重要性，它已经成为热力学研究的基础，它在很多热力学相关问题的研究中都发挥着重要作用。
完整版热力学第二定律1
x a; y b; z c
i xyz abc V
2)所有分子按位置分布的 微观状态数
p 123 N V N
p VNA
z
y
b (x, y, z)
a
cx
25
分子按速度分布的可能微观状态数分Ωv
vvyy
f (v)
vp
2kT m
(vx , vy , vz )
00 100vp vx vx
vvz z100vp
这是单原子理想气体T 熵变与吸热的关系.
27
2. 任意热力学系统的熵变
设一复合孤立系统 —任意热力学系统 a 和单原子系统 i
热平衡：T
dQ
a
i
S = Sa + Si dQa dQi
dS
=
dSa
+
dSi
=
dSa
dQi T
故：dSa
=
dQi T
= dQa T
克劳修斯熵公式
dS dQ T
适用条件：任意系统，
装假
A
置 想 工质
Q
T0
E A
T
T0< T
T
Q
T0
4
（2） 假设热可以自动从低温物体传向高温物体， 则热可以自动转变成功。
T1热库
Q2
装假 工 置想 质
Q1
卡诺
A
热机
Q2
Q2
T2热库
T1热库 Q1- Q2 A
T2热库
5
3.假设气体能够自动被压缩，则热可以自动转变为功。
T
Q
A
恒温
T
热库
T
T
QA
所有宏观过程的不可逆性都是等价的。
热力学第二定律公式
热力学第二定律公式
热力学第二定律公式：∫=dQ/T，热力学第二定律是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。
定律解释
1.热力学第二定律是热力学的基本定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处（在自然状态下）。
它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
2.人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。
它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。
有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低0.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。
但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
3.从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。
显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。
一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。
物理学热力学第二定律知识点总结
物理学热力学第二定律知识点总结热力学第二定律是热力学的重要定律之一，它对于理解热现象和能量转化过程具有关键意义。
接下来，让我们深入探讨这一定律的相关知识点。
一、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述方式，其中比较常见的有克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
这意味着，如果没有外界的干预，热传递只会从高温物体流向低温物体，而不会出现相反的情况。
例如，在一个寒冷的房间里放置一杯热水，热水会逐渐冷却，热量会传递给周围的冷空气，而不会出现周围的冷空气自动升温，热水变得更热的现象。
开尔文表述为：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。
换句话说，第二类永动机是不可能制成的。
所谓第二类永动机，是指一种能够从单一热源吸热，并将其全部转化为功而不引起其他变化的机器。
但根据热力学第二定律，这种机器无法存在。
二、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看，热力学第二定律反映了大量分子热运动的无序性。
在任何自发的过程中，系统的熵总是增加的。
熵是用来描述系统混乱程度或无序程度的热力学概念。
当一个系统从有序状态向无序状态转变时，熵会增加。
例如，气体的自由膨胀就是一个熵增加的过程。
原本被限制在一定空间内的气体，当限制被解除后，气体会自发地扩散到更大的空间中，分子的分布变得更加无序，熵也就增加了。
三、热力学第二定律与热机效率热机是将热能转化为机械能的装置。
然而，由于热力学第二定律的限制，热机的效率永远不可能达到 100%。
以理想的卡诺热机为例，其效率取决于高温热源和低温热源的温度差。
卡诺热机的效率公式为：η ＝ 1 T2/T1，其中 T1 是高温热源的温度，T2 是低温热源的温度。
即使是在最理想的情况下，热机也无法将从高温热源吸收的全部热量都转化为有用功，总有一部分热量要排放到低温热源中，这是由热力学第二定律所决定的。
四、热力学第二定律与能源利用热力学第二定律对能源的合理利用和开发具有重要的指导意义。
热力学第二定律
Ⅱ、第二类永动机
１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热 量并全部用来做功而不引起其他变化的 热机。
２、特征：符合能量守恒定律；不引起 其他变化 。
３、结论：机械能和内能的转化过程具 有方向性，尽管机械能可以全部转化为 内能，但内能却不能全部转化为机械能， 同时不引起其它变化
Ⅲ、热力学第二定律
▪ 表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温 物体，而不产生其他变化。（按热传导的方向 性表述）
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阅读课文,回答下列问题
1、何为热传导的方向性？ 2、什么是第二类永动机？它违背了
什么规律？与第一类永动机有何区 别? 3、何为热力学第二定律？它有几种 表述方法？
归纳
Ⅰ、热传导的方向性： 高温物体只 能“自发地”将热量传给低温物体 ，而低温物体必须要依靠外界的辅 助才能将热量传给高温物体。
▪ 表述二：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。（按能量转 化的方向性表述）
▪ 物理实质：热力学第二定律揭示了自然界中进 行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，使 得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的 自然规律．
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学的基本原理之一，它描述了单一热源和工作物体之间能量转换的方向以及转换过程中不可逆性的规律。
本文将深入探讨热力学第二定律的概念、表述方式以及其在实际应用中的作用。
1. 热力学第二定律概述热力学第二定律是热力学中关于热能转换方向的基本原则。
它可以用不同的表述方式来描述，包括：- 克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传递给高温物体而不产生其他变化。
- 开尔文表述：不可能通过循环过程将热量从单一热源完全转化为有用的功，并不产生其他影响。
- 朗缪尔表述：熵在任何一个孤立系统中总是增加的。
2. 热力学第二定律的理解与应用热力学第二定律揭示了自然界中不可逆过程的普遍性，例如热量从高温物体传递到低温物体。
我们可以通过以下几个方面来理解和应用热力学第二定律：2.1 卡诺循环卡诺循环是一种理想热机循环过程，在此过程中，工作物体从两个热源之间吸收热量，产生功，并将剩余的热量传递给低温热源。
热力学第二定律揭示了卡诺循环的最高效率，即卡诺效率，该效率仅取决于两个热源之间的温度差异。
2.2 熵的概念熵是描述系统无序程度的物理量，也是热力学第二定律的核心概念之一。
根据熵增定律，任何一个孤立系统的熵都趋向于增加，而热力学第二定律将这种趋势与不可逆过程联系起来。
2.3 热力学第二定律应用举例热力学第二定律的应用不仅限于理论研究，还具有广泛的实际应用价值。
例如：- 制冷与空调技术：制冷循环原理是基于热力学第二定律的，通过热泵将热量从低温环境吸收然后排放到高温环境以实现制冷效果。
- 热电耦合发电：热电耦合发电技术将热能转化为电能，其中热力学第二定律约束了热电转换的效率。
- 生物热力学：热力学第二定律帮助解释了生物体内部的能量传递与代谢过程，揭示了生物体内能量转化的方向性。
3. 热力学第二定律的发展与争议热力学第二定律的发展经历了长期的探索与争议。
早期科学家对于热力学第二定律的理解存在分歧，例如理论热力学与统计热力学的出现为热力学第二定律提供了不同的解释。
热力学第二定律
1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到 气体的分子自由膨胀后， 气体的分子自由膨胀后 A室的几率为 室的几率为 6.023×1023
1/ 2
意味着此事件观察不到。 意味着此事件观察不到。 实际过程是由概率小的宏观态向概率大的宏观态进 行。 热力学概率: 热力学概率 宏观态所对应的微观态数， 表示。 宏观态所对应的微观态数，用Ω 表示。
Q吸
O
V
二、克劳修斯熵
p
dQ ∫可逆 T = 0 B dQ A dQ 可逆 可逆 +∫ ∫A1 T B2 T = 0 B dQ B dQ 可逆 可逆 −∫ ∫A1 T A2 T = 0
B dQ dQ 逆 可 可 逆 =∫ ∫A1 T A2 T B
A 1
2
B
O
V
热温比的积分只取决于初 状态， 过程无关 热温比的积分只取决于初、末状态，与过程无关
宏观状态
一种宏观状态所对 应的微观状态数
4 左1 右3
左0
右4
1
种布
#若有N个分子，则有2N种分布 若有N个分子，则有2 若有
• 4个分子全部退回到左部的可能性即几率 =1/16。可认为4 为1/24=1/16。可认为4个分子的自由膨胀是 可逆的” “ 可逆的”。
• 若有N个分子， 种可能方式， 若有N个分子，则共 2N 种可能方式，而N 个分子全部退回到左部的几率1/2N 个分子全部退回到左部的几率1/2
在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增 大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态， 大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，即熵 增加原理。 增加原理。
∆S > 0
二.热力学第二定律的统计表述(或微观意义) 热力学第二定律的统计表述(或微观意义)
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理想化热机 卡诺热机
2个 等温过程
2个
T1 Q1
绝热过程
T2 Q2
O
W=Q1 - Q2
T1 V T2
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卡诺循环— 理想可逆热机循环
卡诺 循环 示意 图
1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功 3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 4-1绝热压缩过程，对内作功
能不能找出共同的规律性? 能不能找到一个判据?
热力学第二定律
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§4-1 第二定律的表述与实质
1. 热力学第二定律的表述
热二律的表述有 60-70 种
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
1850年 克劳修斯表述
热量传递的角度
开尔文－普朗克表述
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客观事物的一个共同本质，即自然界的一 切自发过程有方向性。 ➢能量是有品质高低之分的。如：机械能的 品质高于热能；高温热能的品质高于低温 热能。
热一律与热二律
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热一律否定第一类永动机
反映能量数量特性
热二律否定第二类永动机
反映能量质量特性
t >100％不可能 t =100％不可能
克劳修斯表述
完全等效!!! 违反一种表述,必违反另一种表述!!!
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热力学第二定律的各种说法是一致的， 若假设能违反一种表述,则可证明必然也违 反另一种表述。
假设机器A违反开尔文-普朗克说法能从
高温热源取得热量q’1而把它全部转变为机
械功w0，即w0 ＝q’1，则可利用这些功来带
动制冷机B，由低温热源取得热量q2而向高
温热源放出热量q1 。即
A机： w0 q1
B机： w0 q1 q2
由于 q1 q1 q2
有
q2 q1 q1
即低温热源给出热量q2，而高温热源得到了热量q2，此外 没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。
2. 热力学第二定律的实质
举例
➢ 热功转换
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自发过程的方向性和不可逆性 1、自发过程：不需任何外界作用而可以自动进行的
过程。 2、非自发过程：没有外界作用的情况下不能自动进
行的过程。
自然界的一切自发过程都是具有方向性和不可逆性 的，热力过程总是朝着一个方向自发进行而不能自 发地反向进行。非自发过程可以进行，但其进行必 须以一定的补偿条件作为代价。
T
T1
T0
制冷
T2 Q2
W外
T2
s1
s2 s
C
q2 w
q2 q1 q2
T2 (s2 s1)
T2
T0 (s2 s1) T2 (s2 s1) T0 T2
T0 c T2 c
1 T0 1 T2
T0
q1 Rw
qc2
T
2
山西农业大学工程技术学院卡诺Biblioteka 循环卡诺制热循环TT1
制热
T0
s1
s2 s
' q1 q1
w q1 q2
T1(s2 s1)
T1
T1(s2 s1) T0 (s2 s1) T1 T0
T1 ’ T0 ’
1 1 T0 T1
T1 q1
Rc w q2
T0
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卡诺定理— 热二律的推论之一
定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，以可逆热机的热效率为最高。
即在恒温T1、T2下 t,任 t,R
3. 热过程的方向性和能量品质的变化
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能量的品位：反映能量的转换能力大小。
能量不但的数量特性，也有质量特性；不同形 式的能量具有不同的品位。
高品位能 机械能 电能
高温热源
自发进行
低品位能 热能 热能 低温热源
非自发
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§4-2 卡诺循环与卡诺定理
既然 t =100％不可能 热机能达到的最高效率有多少？
2．掌握卡诺循环的构成及分析计算，并会 用卡诺定理分析各类循环的特点；
3．深入理解熵参数；
4. 深入理解熵增原理,并掌握其应用。
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热力学第一定律
能量守恒与转换定律 能量之间数量的关系
所有满足能量守恒与转换定律 的过程是否都能自发进行
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一杯热水 热量： 水→空气 （自发过程） 将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使水加热？
tR2 > tR1
只有： tR1 = tR2
tR1 = tR2= tC
与工质无关
T1
Q1
Q1’
R1WR1 R2WR2
Q2
Q2’
T2
卡诺定理推论二
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在两个不同温度的恒温热源间工作的任
何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源
间工作的可逆热机的效率。
已证： tIR > tR
T1
只要证明 tIR = tR 反证法,假定：tIR = tR
令 Q1 = Q1’ 则 WIR = WR
∴ Q1’- Q1 = Q2’ - Q2= 0
工质循环、冷热源均恢复原状，
Q1
Q1’
IRWIR R WR
Q2
Q2’
外界无痕迹，只有可逆才行， 与原假定矛盾。
T2
卡诺定理小结
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1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切
可逆热机
tR = tC
运动的机械 摩擦生热，功量→为热量（自发过程） 将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使机械重新运动？
高压容器中的气体 高压→低压（自发过程） 让泄露到大气中的气体自发地重入容器，使容器恢复高压？
功量→热量（无条件，100%），热量→功量（≠100%）
过程的进行是有方向的、有条件的、有限度的。 热力学第二定律的任务：判断进行的方向、条件、限 度。
对热力学第二定律的建立具有 重大意义。
卡诺定理的意义
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卡诺热机只有理论意义，最高理想
实际上 T s 很难实现
内燃机 t1=2000oC，t2=300oC
tC =74.7% 实际t =30~40%
火力发电 t1=600oC，t2=25oC
tC =65.9% 实际t =40%
卡诺定理举例
2、多热源间工作的一切可逆热机
tR多 < 同温限间工作卡诺机 tC
3、不可逆热机tIR < 同热源间工作可逆热机tR tIR < tR= tC
∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机，
tC最高
热机极限
卡诺定理的意义
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从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件，指 出了提高热机热效率的方向，是研 究热机性能不可缺少的准绳。
完全
功
不完全
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热
有序 自发
无序
➢ 热传导
高温物体 自发传热 低温物体 非自发传热
非均匀、非平衡 自发
均匀、平衡
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实质：一切自发过程都是有方向性和不可 逆性。自然界一切与热现象有关的实际宏 观过程都是不可逆的 。
结论: ➢无论有多少种不同的说法，它们都反映了
卡诺循环热机效率
t
w q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
卡诺循环热机效率
t,C
1
T2 T1
s2 s2
s1 s1
1
T2 T1
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T1 q1
Rc w q2
T2
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卡诺循环热机效率的说明
t,C
1 T2 T1
• t,c只取决于恒温热源T1和T2
而与工质的性质无关；
• T1 t,c , T2 c ，温差越大，t,c越高 • T1 = K, T2 = 0 K, t,c < 100%， 热二律 • 当T1=T2， t,c = 0, 单热源热机不可能
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如图，可表示理想气体卡诺循环的示意图是
卡诺逆循环卡诺制冷循环
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-Q1
2
ds s2 s1
自发过程的方向性
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热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势
功量 功量
摩擦生热 100% 发电厂
45%
热量 热量
放热
自发过程具有方向性、条件、限度
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热力学第二定律的实质
自然界过程的方向性表现在不同的方面
A 热机是否能实现
tC
1 T2 T1
1 300 1000
70%
t
w q1
1200 2000
60%
可能
如果：W=1500 kJ
t
1500 2000
75%
不可能
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1000 K
2000 kJ
A
1200 kJ 1500 kJ
800 kJ 500 kJ
300 K
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第四章 热力学第二定律
本章知识点
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理解热力学第二定律的实质，卡诺循 环，卡诺定理，孤立系统熵增原理， 深刻理解熵的定义式及其物理意义。
熟练应用熵方程，计算任意过程熵的 变化，以及作功能力损失的计算，