大学物理5.4 热力学第二定律
大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律
05 热力学第二定律在工程技 术中应用
工程技术中不可逆过程分析
不可逆过程定义
在工程技术中，不可逆过 程指的是系统与环境之间 进行的无法自发逆转的能 量转换过程。
不可逆过程分类
根据能量转换形式，不可 逆过程可分为热传导、热 辐射、摩擦生热、化学反 应等多种类型。
不可逆过程影响
不可逆过程导致能量损失 和熵增加，降低系统能量 利用效率，并对环境造成 负面影响。
06 总结与展望
热力学第二定律重要性总结
热力学第二定律是自然界普遍适用的基本规律之一，它揭示了热现象的方向性和不可逆性，为热力学 的研究和应用提供了重要的理论基础。
热力学第二定律在能源转换和利用、环境保护、生态平衡等领域具有广泛的应用价值，对于推动可持续 发展和生态文明建设具有重要意义。
热力学第二定律的研究不仅深入到了热学、力学、电磁学等物理学各个领域，还拓展到了化学、生物学、 医学等其他自然科学领域，为多学科交叉研究提供了重要的桥梁和纽带。
提供了判断热过程进行方向的标准
根据热力学第二定律，可以判断一个热过程是否能够自发进行。如果一个热过程能够自发进行，那么它必须满足热力 学第二定律的要求。
为热力学的发展奠定了基础
热力学第二定律是热力学的基本定律之一，为热力学的发展奠定了基础。它揭示了热现象的本质和规律， 为热力学的研究和应用提供了重要的理论支持。
应用举例
在化学反应中，如果反应物和生成物处于同 一温度，则自发进行的反应总是向着熵增加 的方向进行。例如，氢气和氧气在点燃条件 下可以自发反应生成水，该反应的熵变小于
零，因此是一个自发进行的反应。
熵产生原因及影响因素
要点一
熵产生原因
熵的产生与系统的不可逆性密切相关。在不可逆过程中， 系统内部的微观状态数增加，导致系统的无序程度增加， 即熵增加。
第三章 热力学第二定律重要公式
第三章 热力学第二定律1. 卡诺定理卡诺热机效率hc h c h 11T T Q Q Q W−=+=−=η 卡诺定理：工作于高温热源T h 与低温热源T c 之间的热机，可逆热机效率最大。
卡诺定理推论：所有工作于高温热源T h 与低温热源T c 之间的可逆热机，其热机效率都相等，与热机的工作物质无关。
卡诺循环中，热温商之和等于零0cch h =+T Q T Q 任意可逆循环热温商之和也等于零，即0R=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∑i iiT Q 或 0δR =⎟⎠⎞⎜⎝⎛∫T Q 2. 热力学第二定律的经典表述克劳休斯说法：不可能把热由低温物体传到高温物体, 而不引起其他变化。
开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为功, 而不发生其他变化。
热力学第二定律的各种说法的实质：断定一切实际过程都是不可逆的。
各种经典表述法是等价的。
3. 熵的定义TQ S revδd =或∫=ΔB ArevδTQ S熵是广度性质，其单位为。
系统状态变化时，要用可逆过程的热温商来衡量熵的变化值。
1K J −⋅4. 克劳修斯不等式T QS δd irrev ≥ 或 ∫≥ΔB A ir rev δT Q S 等号表示可逆，此时环境的温度T 等于系统的温度，为可逆过程中的热量；不等号表示不可逆，此时T 为环境的温度，为不可逆过程中的热量。
Q δQ δ5. 熵增原理0)d (irrev≥绝热S 或0)(irrev≥Δ绝热S 等号表示绝热可逆过程，不等号表示绝热不可逆过程。
在绝热条件下，不可能发生熵减少的过程。
0)d (irrev≥孤立S 或0)(irrev≥Δ孤立S 等号表示可逆过程或达到平衡态，不等号表示自发不可逆过程。
可以将与系统密切相关的环境部分包括在一起，作为一个隔离系统，则有：0irrev sur sys iso ≥Δ+Δ=ΔS S S6. 熵变计算的主要公式计算熵变的基本公式： ∫∫∫−=+=δ=−=Δ2 12 12 1rev12d d d d TpV H T V p UTQ S S S 上式适用于封闭系统，一切非体积功过程。
大学热学物理知识点总结
大学热学物理知识点总结1.热力学基本定律热力学基本定律是热学物理的基础，它包括三个基本定律，分别是热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
（1）热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热学表述，它规定了热力学系统能量的守恒性质。
简单地说，热力学第一定律表明了热力学系统能量的增减只与系统对外界做功和与外界热交换有关。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸热的大小，W表示系统对外界所作的功。
由此可以看出，系统的内能变化量等于吸收热量减去做的功。
（2）热力学第二定律热力学第二定律是热力学系统不可逆性的表述，它规定了热力学系统内部的熵增原理，即系统的熵不会减小，而只会增加或保持不变。
简单地说，热力学第二定律表明了热力学系统内部的任何一种热力学过程都是不可逆的。
这意味着热力学系统永远无法使热量全部转化为功，总会有一部分热量被转化为无效热。
热力学第二定律还表明了热力学过程的方向性，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。
（3）热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋于绝对零度时，任何物质的熵都将趋于一个有限值，这个有限值通常被定义为零。
简单地说，热力学第三定律表明了在绝对零度时，任何系统的熵都将趋于零。
热力学第三定律的提出对于热学物理的研究具有非常重要的意义，它为我们理解热学系统的性质提供了重要的基础。
2.热力学过程热力学过程是指热力学系统内部发生的一系列变化，包括各种状态参数的变化和热力学系统对外界的能量交换。
常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程等。
这些过程在日常生活以及工业生产中都有着广泛的应用。
（1）等温过程等温过程是指在恒定温度下进行的热力学过程。
在等温过程中，系统对外界做的功和吸收的热量之比是一个常数。
这意味着等温过程的压强和体积成反比，在P-V图上表现为一条双曲线。
常见的等温过程有等温膨胀和等温压缩等。
（2）绝热过程绝热过程是指在无热交换的情况下进行的热力学过程。
热力学第二定律
热力学第二定律摘要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。
热力学第二定律有两种经典表述，二者表述具有等效性。
热力学第二定律揭示了实际宏观过程的不可逆性。
热力学第二定律在科学发展上具有很多的意义，也揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性.关键词热力学第二定律,卡诺循环，意义，不可逆，历史发展引言本论文主要是以大一学年，热学课程为背景选材。
热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质的变化过程的方向与限度的普遍规律.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。
本论文主要是对热力学第二定律的初步理解与分析.一、热力学第二定律的两种经典表述1。
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。
解释：1）这里强调的是“不留下其他任何变化”,是指对热机内部、外界环境及其他所有(一切)物体都没有任何变化.开尔文－普朗特说法说明了热转化为功,必须要将一部分热量转给低温物体(注意,这可是一个自发过程，高温向低温传热哦），也即必须要有一个“补偿过程”为代价2）热全部转化为功，是可以的,但必须要“留下其他变化”。
如等温过程中,热可以全部转变成功，但这时热机内部工质的“状态"变了（即工质不能回到初始状态，其实，这样的热机实际上是不存在的）,是留下了变化的.2。
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产生任何其他影响。
解释：1)这里需要强调的是“自发地、不付代价地”。
我们通过热泵装置是可以实现“将热从低温物体传向高温物体的”，但这里是付出代价的，即以驱动热泵消耗功为代价,是“人为"的，是“强制”的，不是“自发”的。
大学物理第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律
B C AD
氮气 氦气
35
B C AD
氮气 氦气
解： 取（A+B）两部分的气体为研究系统， 在外界压缩A部分气体、作功为A的过程 中，系统与外界交换的热量 Q 0
Q E ( A) 0
36
B
氮气
C
AD
氦气
系统内能的变化为
E E A E B
5 E B RTB 2
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状态不 变，无功、热可言。
9
五、热力学第一定律
1. 数学表式 ★ 积分形式 ★ 微分形式
Q E A
dQ dE dA
10
2. 热力学第一定律的物理意义 （1）外界对系统所传递的热量 Q , 一部分用于 系统对外作功，一部分使系统内能增加。 （2）热一律是包括热现象在内的能量转换和守恒 定律。
m i E RT M2
m i i m E RT R T末 T初） （ M2 2M
i dE RdT 2
8
注意 ：
10 作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。 （要提高一杯水的温度，可加热，也可搅拌）
20 国际单位制中，功、热、内能单位都是焦耳（J）。 （1卡 = 4.18 焦耳) 30 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热本身不 是内能。
绝热线
斜 率
PV C1
dP K 绝热 dV
P V
26
K 绝热 同一点 P0，V0，T0 斜率之比 （ ） K 等温
P0 K绝热 V0 P0 K等温 V0
P
a
等温
结论：绝热线比等温线陡峭
第六章-热力学第二定律PPT课件
力学中称为方向性问题。
.
2
3，第二类永动机是不可能实现的
4，热力学第二定律与第一定律 相互独立互相补充
二，热力学第二定律的克劳修斯表述
克劳修斯（Rudolf Clausius，1822-1888），德国物理学家，对热力
学理论有杰出的贡献，曾提出热力学第二定律的克劳修斯表述和熵
的概念，并得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论和热力
.
4
3，更简单的克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温热源传向高温热源。
通过以上内容，我们来判断以下说法正确与否：
① 功可变成热，热不能变成功。（若 对，举一例说明）
② 功可完全变成热，热不能完全变成功。（若不对，举一反例）
③ 功不能完全变成热，热能完全变成功。
④ 功可完全变成热，但要在外界作用下，热能完全变成功。
2，两种表述将的都是热和功的问题，功不仅限于机械功的广义 功，每一种功热转换过程也可以作为热力学第二定律的表述。
热力学第二定律不是若干典型热学事例的堆积仓库，物理定律也 不能停留在具体的表面描述，真正的热力学定律应当是对物理本 质的描述，不同的表述应当有共同的物理本质，热力学第二定律 应该有更好的叙述。
第六章，热力学第二定律
问题的引入：
1，焦耳理论与卡诺热机理论的矛盾：同属能量转换， 有用功变热可以全部实现，为什么反过来就不能全部 实现，能量转换与守恒定律可没有这样的限制。
2，热机效率始终小于1并不全是技术原因
3，大量与热有关的自然过程仅靠热力学第一定律是不 足以解释的：1）热传递是不可逆的；2）电影散场后， 观众自发离开影院走向各方，却不能自发地重新聚集在 原来的电影院； 3）空气自由膨胀不能自发收缩等。
小结：上述三个不可逆过程，在推理过程中，很容易找到使系统 复原的方法，但这种情况并不多见，并且花费很多精力时间去寻 找系统复原的方法，很不经济。所以，我们必须借助其他方法。
大学物理公式总结(二)2024
大学物理公式总结（二）引言：大学物理公式总结（二）旨在整理和总结大学物理中重要的公式，帮助学生系统学习和复习物理知识。
本文将从五个大点出发，详细介绍这些公式的应用和推导。
正文：一、力学1. 牛顿第二定律- 描述了物体受力产生的加速度，公式为F=ma。
- 推导过程包括从牛顿第一定律推得第二定律以及应用牛顿第二定律解决动力学问题。
2. 动能定理- 描述了物体动能的变化与物体受力之间的关系，公式为ΔK=W。
- 证明过程包括力的功的定义和计算。
3. 动量定理- 描述了物体动量的变化与物体受力之间的关系，公式为Δp=F Δt。
- 推导过程包括牛顿第二定律与加速度的关系以及应用动量定理解决动量守恒问题。
4. 弹性碰撞- 描述了在碰撞过程中动能守恒和动量守恒的应用，公式包括动能守恒公式和动量守恒公式。
- 推导过程包括动能守恒与动量守恒的推导及应用。
5. 万有引力定律- 描述了质点之间存在引力的力学规律，公式为F=G(m1m2)/r²。
- 证明过程包括万有引力定律的推导和应用。
二、热学1. 热力学第一定律- 描述了物质热的增加等于对物体做的功与传递给物体的热量之和，公式为ΔU=Q-W。
- 证明过程包括内能的定义和计算。
2. 理想气体状态方程- 描述了理想气体的状态与压强、体积和温度之间的关系，公式为PV=nRT。
- 推导过程包括气体微观运动理论和状态方程的推导。
3. 热传导定律- 描述了热量在不同物体之间传递的规律，公式为Q=ksAT/Δx。
- 推导过程包括传热的基本原理和推导。
4. 热容定律- 描述了物体在升温或降温时吸收或释放的热量，公式为Q=mc ΔT。
- 证明过程包括热容的定义和计算。
5. 热力学第二定律- 描述了自然界中热量自发从高温物体传递到低温物体的不可逆性，公式为ΔS=Q/T。
- 证明过程包括熵的定义和计算。
三、电磁学1. 库仑定律- 描述了两个带电体之间电力的大小与距离的关系，公式为F=k(q1q2)/r²。
热力学第二定律
2．热力学第二定律的意义
提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独 立于热力学第一定律的一个重要自然规律
3．两种表述是等价的． 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述
热力学第二定律
1、内容：在物理学中，反映宏观自然过 程的方向性的定律就是热力学第二定律 （second law of thermodynamics).
2、作用：主要用来解决与热现象有关的 由大量分子参与的宏观过程进行的方向性 问题。
3、热力学第二定律的多种表述
说明：“对任何一类与热现象有关的宏观自然 过程进行方向的说明” 都可作为热力学第二定 律的表述。因此不同的过程就对应的描述，所以 热力学第二定律有多种描述。
电冰箱能把热量由温度比外部低箱内部传到温 度较高的外界空气，是不是自发地？如不是自发 地，则原因是什么？说明了什么？
热量不会自发地从低温物体传给高温物体，只有在 外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
电冰箱工作时热量从温度较低冰箱内部传给温度相对
较高外界空气，是因为电冰箱消耗了电能，制冷系统做 了功，一旦切断电源，压缩机不工作，就不能把其内部 的热量传给外界的空气了．热量从温度较高的外界自发 地传给温度较低的电冰箱内部，使其温度逐渐升高，知 道没有温差而停止．由此说明，热量自发传递的方向是 确定的。
T1 Q1
A
热机
Q2
Q2
低温热源
T2
高温热源
QT1 1Q2
A
单热机
热力学过程是有方向性的T。2
热力学第二定律的发展史
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假设有热量Q 假设有热量 2 从 温度为T 温度为 2 的低温热源 自动地传给温度为T 自动地传给温度为 1 的高温热源 ， 今使一 卡诺机在T 1 和 T 2 之间 卡诺机在 工作 ， 并使它传给低 温热源的热量恰等于 Q2，则在循环的终
Q2 Q2
高温热源T 高温热源 1
Q1
W = Q1 − Q2
3. 卡诺定理
（1） 在相同的高温热源和相同的低温热源之 ） 间工作的一切可逆机， 间工作的一切可逆机，不论用什么工作 物质，其效率均相同， 物质，其效率均相同，即
T2 η可 = 1 − T1
（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之 ） 间工作的一切不可逆机的效率均不可能 高于可逆机的效率， 高于可逆机的效率，即：
5.4 热力学第二定律 卡诺定理
5.4.1 热力学第二定律 5.4.2 可逆过程与不可逆过程
5.4.1 热力学第二定律
1. 开尔文表述 不可能创造一种循环动作的热机， 不可能创造一种循环动作的热机，只从一个 热源吸收热量， 热源吸收热量，使之完全转变为有用功而不引起 其它变化. 其它变化. 2. 克劳修斯表述 不可能把热从低温热物体转到高温物体而不 引起其它变化. 引起其它变化
5.4.2 可逆过程与不可逆过程
1. 定义 某一系统经过某一过程，由状态（ ） 某一系统经过某一过程，由状态（1）变 到状态（ ）之后， 到状态（2）之后，如果能使体系和环境完全 复原（即体系回到原来状态， 复原（即体系回到原来状态，同时又消除了原 来过程对环境的影响）， ），则原来的过程就称为 来过程对环境的影响），则原来的过程就称为 可逆过程； 可逆过程；如果用任何方法都不能使体系和环 境完全复原，则称为不可逆过程 不可逆过程. 境完全复原，则称为不可逆过程
η不 ≤ η可
卡诺定理的意义： 卡诺定理的意义：
卡诺定理指出了提高热机效率的途径，就 卡诺定理指出了提高热机效率的途径， 过程而言，应当使实际热机尽量接近可逆机； 过程而言，应当使实际热机尽量接近可逆机； 就温度而言，应尽量提高高温热源的温度， 就温度而言，应尽量提高高温热源的温度，降 低低温热源的温度. 低低温热源的温度
3. 两种说法的异同 克氏说法是指明热传导的不可逆性， 克氏说法是指明热传导的不可逆性，开氏说 法是指明摩擦生热过程的不可逆性， 法是指明摩擦生热过程的不可逆性，这两种说法 实际上是等效的. 实际上是等效的 4. 关于两种说法等效的证明（反证法） 关于两种说法等效的证明（反证法） 先证明若克氏说法不成立， 先证明若克氏说法不成立，则开氏说法亦不 成立. 成立
低温热源T 低温热源 2
是卡诺机从单一热源（即温度为T 的热源） 了，是卡诺机从单一热源（即温度为 1的热源） 吸收了Q 的热量，全部变成了功， 吸收了 1－Q2 的热量，全部变成了功，而没有其 它变化. 这是违反了开氏说法的. 它变化 这是违反了开氏说法的 开氏说法的另一种表述： 开氏说法的另一种表述： 第二类永动机是不可能造成的. 第二类永动机是不可能造成的. 第二类永动机是一种能从单一热源吸热并 将所吸收的热全部变为功而无其它影响的机器. 将所吸收的热全部变为功而无其它影响的机器 它虽然不违反能量守恒定律，但永远造不成. 它虽然不违反能程的几个特点 （1） 可逆过程是以无限小的变化进行的，整个 ） 可逆过程是以无限小的变化进行的， 过程是一连串非常接近于平衡的状态所构 过程进行的速度是无限慢的. 成.过程进行的速度是无限慢的 过程进行的速度是无限慢的 （2） 在反向过程中用同样的手续，循着原来过 ） 在反向过程中用同样的手续， 程的逆过程，可以使体系和环境完全复原. 程的逆过程，可以使体系和环境完全复原 （3）在可逆胀大过程中 ， 体系做最大功 ； 在 ）在可逆胀大过程中， 体系做最大功； 可逆压缩过程中，环境对体系做最小功. 可逆压缩过程中 ，环境对体系做最小功