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热力学第二定律的表述


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

2。热量全转为功 可
3。外界无影响

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
《热学》 课件
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
《热学》 课件
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
《热学》 课件
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
《热学》 课件
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
《热学》 课件
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
《热学》 课件
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.
第六章 热力学第二定律
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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
第六章 热力学第二定律
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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
第六章 热力学第二定律

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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
第六章 热力学第二定律
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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
第六章 热力学第二定律
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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。

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。
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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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