热力学第一二定律
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中的一个重要定律，它描述了热量的自发传递方向和能量转化的不可逆性。
本文将从理论和实际应用两个方面来阐述热力学第二定律，并探讨其在工程和自然界中的重要性。
一、理论基础热力学第二定律是基于能量守恒和熵增原理而建立的。
能量守恒表明能量在一个系统中总量不变，而熵增原理则指出孤立系统的总熵会增加，即系统的无序性会增加。
基于这些原理，热力学第二定律提出了热量只能从高温物体传递到低温物体的方向性，并且能量转化始终伴随着熵增。
二、实际应用热力学第二定律的应用广泛，涵盖了工程、生物、地球科学等多个领域。
以下分别从这些领域中选取一个具体案例来说明。
1. 工程中的应用在工程领域，热力学第二定律为能源转化和热力学循环的设计提供了重要的指导。
以汽车发动机为例，发动机的工作过程涉及能量的转化和热量的传递。
根据热力学第二定律，发动机在能量转化的过程中会产生一定的热量损失，这就需要优化发动机的设计，提高能量利用率，减少能量的浪费。
2. 生物系统中的应用在生物学中，热力学第二定律对于生物系统的运行也有着重要的影响。
例如，在生物代谢过程中，物质分解释放的热能会产生熵增，而细胞通过耗散热量来维持自身内部的有序状态。
同时，生物系统也必须遵循热力学第二定律，保持能量在生物体内的传递方向。
3. 地球科学中的应用热力学第二定律在地球科学中也有重要应用。
例如，在气候系统中，热力学第二定律影响着能量的分布和传递。
太阳辐射使得地球表面变热，而地球的辐射则会向空间中传递热量。
热力学第二定律告诉我们，地球气候系统会趋向于产生熵增，这对于理解气候变化具有重要意义。
三、重要性和应用前景热力学第二定律不仅在工程和科学研究中具有重要意义，也是我们理解自然界和宇宙演化的基石之一。
它揭示了自然界中许多现象不可逆性的本质，引导着我们对能源利用、环境保护等问题的思考。
热力学第二定律的应用前景广阔。
随着人类对能源、环境和气候变化等问题的关注不断增加，热力学第二定律相关的研究也在不断深化。
热力学第二定律及其应用
热力学第二定律及其应用热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，描述了热传递的方向以及热机效率的限制。
它对于能源转化和熵增原理都具有重要意义。
本文将详细讨论热力学第二定律及其应用。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以通过各种形式表述，其中最基本的形式是Clausius表述：热量不会自发由低温物体传递到高温物体。
这也意味着热量只能通过热力机械方式从高温物体抽取，进行功的转化。
这个定律的一个重要推论是热机效率的限制。
热机效率是指热机从热源中吸收的热量与输出的功之间的比值。
根据热力学第二定律，任何具有高温热源和低温热源的热机，其效率都不可能达到100%。
这是因为热量无法完全转化为功，必然会有一部分热量在低温环境中散失。
二、热力学第二定律的应用热力学第二定律在现实生活和工程实践中有着广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用领域：1. 热机的效率热力学第二定律限制了热机的效率，这对于能源转化具有重要意义。
根据卡诺循环理论，理想的热机效率取决于高温热源和低温热源的温度差异。
所以，在设计热机时，需要尽可能增大温度差，以提高效率。
2. 制冷和空调系统热力学第二定律还对制冷和空调系统产生了重要影响。
根据传热学的基本原理，热量自发地从高温物体传递到低温物体，因此，制冷系统需要通过压缩、膨胀过程将热量从低温环境中抽取，并释放到高温环境中。
3. 熵增原理热力学第二定律还涉及到熵增原理。
根据熵增原理，一个孤立系统内的熵总是增加的，而不会减少。
熵是一个描述系统无序程度的物理量，熵增的过程被认为是不可逆的。
根据熵增原理，热力学第二定律可以和统计力学的微观解释相联系。
4. 热力学循环热力学第二定律也对热力学循环的可逆性和不可逆性提供了解释。
根据热力学第二定律，可逆循环是一种在气体状态方程和过程中可逆进行的循环。
而不可逆循环则是无法完全回到初始状态的循环，其中一部分热量会被散失。
总结：热力学第二定律是热力学中的基本定律，描述了热传递的方向和热机效率的限制。
热力学第二定律
若Tamb不变，则
∆S amb = −
Qsy Tamb
§3.4 熵变的计算
1.单纯PVT变化过程系统熵变的计算 由式 对定温过程
Q δ r dS = 出发 T δ r Qr Q ∆S = ∫ = T T
δQp＝ dH ＝nCp,mdT
（3-12）
(1) 液体或固体的 p,V,T 变化 ①定压变温
所以
得
− W Q1 + Q2 T1 − T2 = = Q1 Q1 T1
T1 {p} A(pA,VA,T1) • Q1 D• (pD,VD,T2) Q
B(pB,VB,T1) •
2
− W Q1 + Q2 T1 − T2 η= = = Q1 Q1 T1
(1-63）
T2
• C (pC,VC,T2) {V}
结论：理想气体卡诺热机的效 率η只与两个 热源的温度(T1，T2）有 关， 温差愈大，η愈大。
结论：自然界中发生的一切实际过程(指宏观过程，下同)都有 一定方向和限度。不可能自发按原过程逆向进行，即自然界中一切 自然界中一切 实际发生的过程都是不可逆的。 实际发生的过程都是不可逆的
2. 热力学第二定律的经典表述 克劳休斯说法：热不能自动从低温物体传递给高温物体，而 克劳休斯 不产生其他变化。 开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为功，而不 开尔文 产生其他变化。 应明确：致冷机 ：低温物体 热Q传递 高温物体，但环境消 耗了能量(电能)； 理想气体可逆定温膨胀,系统从单一热源吸的热全转变为对环 境作的功，但系统的状态发生了变化(膨胀了)。 亦可以用“第二类永动机不能制成”来表述热力学第二定律。 热力学第二定律的实质是：自然界中一切实际进行的过程都是 热力学第二定律的实质是 不可逆的。
热力学第二定律的理解与应用
热力学第二定律的理解与应用热力学第二定律是热力学基本原理之一，它描述了热能传递的不可逆性以及自然界中的一些普遍现象。
本文将深入探讨热力学第二定律的原理、应用以及它在现实生活中的意义。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是指在孤立系统中，热量不会自发地从低温物体传递给高温物体。
这一定律可以用来解释很多自然现象，比如热流的方向、热机效率等。
根据热力学第二定律，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能反向传递。
这是因为热量传递是以熵的增加为代价的。
熵是一个描述系统混乱程度的量，它与物质的无序程度有关。
系统的熵增加意味着物质更趋向于无序状态，而热量的传递恰恰是增加了系统的熵。
二、热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程和科学领域有着广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用：1. 热机效率根据热力学第二定律，热机的效率受到一定的限制。
卡诺热机是满足最高效率的热机，其效率与工作温度之差有关。
利用热力学第二定律，我们可以计算出热机的最大理论效率。
2. 熵增原理熵增原理是热力学第二定律的重要推论之一。
它表明孤立系统的熵总是增加的，从而增加了系统的混乱程度。
这一原理可以应用于许多方面，比如环境保护和能源利用等。
在能源利用方面，通过最大限度地减少系统的熵增，可以提高能量利用效率。
3. 低温物体的制冷原理制冷原理是热力学第二定律的重要应用之一。
根据热力学第二定律，热量不会自发地从低温物体传递给高温物体。
这一原理被应用于制冷技术中，通过对高温物体吸热，从而使低温物体降温，实现循环制冷。
三、热力学第二定律的意义热力学第二定律是自然界存在的一个普遍规律，它对我们的生活和科学研究具有重要意义。
首先，热力学第二定律揭示了自然界的不可逆性和混乱趋势。
它帮助我们理解为什么事物在自然界中总是朝着更加无序的状态发展。
其次，热力学第二定律对于能源利用和环境保护具有指导意义。
通过最大限度地减少系统的熵增，我们可以提高能源利用效率，减少能源浪费。
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律热力学基础知识：热力学第一定律和第二定律热力学是物理学的一个重要分支，研究的是能量转化和能量传递规律。
在热力学中，有两个基本定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
这两个定律是热力学研究的基础，对我们理解自然界中的能量转化过程具有重要意义。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统内，能量既不能创造也不能毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
它可以用一个简单的公式来表示：△U = Q - W其中，△U表示系统内部能量的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据热力学第一定律，能量的转化是相互平衡的。
系统吸收的热量等于所做的功加上内部能量的变化，这一平衡关系保证了能量守恒的原理。
它告诉我们，能量不会凭空消失，也不会突然出现，而是在转化过程中得以保存。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的另一个重要定律，它研究的是能量转化的方向和过程中的不可逆性。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
1. 开尔文表述开尔文表述是基于热量不会自发地从低温物体转移到高温物体的原理，它给出了一个重要的结论：热量是自然界中不能自发转化为功的能量形式。
这一定律被称为热力学第二定律的开尔文表述。
2. 克劳修斯表述克劳修斯表述是基于热力学中的循环过程和热量无法从一个唯一的热源完全转化为功的原理。
克劳修斯表述给出了一个重要结论：不可能制造出一个热机，使之完全将吸收的热量转化为功，而不产生任何其他效果。
这一定律被称为热力学第二定律的克劳修斯表述。
热力学第二定律告诉我们，能量转化过程中总会产生一定的损失，而且损失不可逆。
这很好地解释了自然界中许多现象，如热量的自发流动、热机效率的限制等。
总结：热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，其中热力学第一定律和第二定律是基本定律。
热力学第一定律表明能量在系统中的转化是相互平衡的，能量守恒不变。
热力学中的热力学第二定律
热力学中的热力学第二定律热力学是研究热的转化和性质的科学。
热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它描述了热量的传递方式和可逆性的关系。
第二定律的内容是：不可能把热量从低温物体无限制地传递到高温物体，而不需要做功。
热力学第二定律有两种表达方式：开尔文表达式和克劳修斯表达式。
开尔文表达式是指热机效率不可能达到100%。
一个热机从高温热源吸热，放出一部分热量，同时做功，其效率由工作物质和温度决定。
克劳修斯表达式则是指不可能把热量从低温物体无限制地传递到高温物体，而不需要做功。
热力学第二定律的重要性热力学第二定律是热力学中最基本的定律之一，它是热动力学和热工学等科学理论的基础，对生产实践和生活都有着重要的意义。
在生产实践中，热力学第二定律是指导工程实践的重要定律。
热力学第二定律的存在，使生产实践中能够合理地利用能源，减少能源的浪费，降低生产成本，提高企业效益。
在生活中，热力学第二定律也有着重要的作用。
我们可以利用热力学第二定律来进行日常生活中的节能、减排和环保等活动，提高生活质量。
热力学第二定律的应用热力学第二定律的应用范围非常广泛，从热力学到生产、生活等各个方面都有着重要的应用。
在工业生产过程中，热力学第二定律是指导热力机械设备设计和能量转换利用的重要原则，只有充分利用热量和能量，才能提高生产效率和企业经济效益。
在生活中，人们可以利用热力学第二定律来进行一些节能措施。
例如，冷冻机、冷藏箱等冷却设备使用越小，热量的浪费就越少。
此外，使用电器时要注意合理使用，避免电器空转和长时间空等待，以减少能源的浪费。
在环保方面，热力学第二定律也有一定的应用。
我们可以利用热力学第二定律来探索能源的可持续利用方式，推动开发清洁能源、绿色能源等技术，从而实现能源的可持续利用和环保产业的发展。
结语热力学第二定律虽然只是热力学中的一条定律，但它的作用却是十分重要的。
它对于我们生活和工作都有着重要的意义，因此我们应该更加重视并且学习热力学第二定律，从而更好地利用和保护自然资源。
热力学第二定律的两种表述
热力学第二定律的两种表述
一、发生在热力学系统内的任何变化，最终都是使熵增大的：
1. 定义：由巴特斯利于1850年提出的热力学第二定律，又称为“熵定律”，即“在任何物理学或化学变化过程中，温室系统的总熵最终都是
增大的”。
2. 原理：巴特斯利在证明温室熵定理的时候，引入“熵假设”。
即“任何
物理的学变化过程中，都会有热的传递和分布，而在此过程中，伴随
着温度下降而熵增加。
”
3. 熵的变化：热力学第二定律表明，无论发生何种过程，最终的温室
熵都会增加。
例如：把热量从热源降至冷源，则热源的熵降低，冷源
的熵会增加；若热量从内耗到外，则关联表面的熵增加。
4. 影响：这个热力学定律对宏观物理学、分子热力学有着深远的影响。
它印证了大量实验结果，它的实质是发生在热力学系统内的任何变化，最终都是使熵增大的。
二、温室熵增加是热力学第二定律的主要内容：
1. 定义：热力学第二定律也称作“温室熵定理”，主要说明任何热力学
系统最终总是向更复杂的状态发展，使得温室熵发生增加，这个发展
过程是不可逆的。
2. 原理：温室熵定理是建立在熵定理之上的，它向我们提出：无论在
什么样的物理过程中，只要存在伴随着热量流动和物质分离的“变化”，温室熵永远趋于增加，这就是我们所熟悉的第二定律。
3. 熵的变化：热力学第二定律表明，热源的熵减少，冷源的熵增加；
热能运动的过程，熵增加；同时也有可能出现，熵减少并转移到外部
环境的情况。
4. 影响：热力学第二定律为热力学解释宏观世界和分子世界间相互联系，并阐明能量微观结构和宏观方向具有不可逆性，对热力学有深远
影响。
热力学第二定律
第二类永动机不可能制成。
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。 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
(2)克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体传到高温物体 并不意味着热量不能从低温物体传到高温物体 “自动” 即热量从低温物体传到高温物体不能自 发进行，不产生其它影响。
如果系统不能回复到原状态A，或者虽能回复 到初态A，但周围一切不能恢复原状，则该过程 称为不可逆过程。 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是 不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程。 可逆机：能产生可逆循环过程的机器。 不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。
二 热力学第二定律
(1)两种表述
开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只 从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不 产生其它影响。
f(v)
mv 2 2 kT
m 32 f (v) 4 ( ) e 2 kT
速率分布 曲线：
v2
0
v
7 .三种速率
最概然速率
vp
2kT m
2 RT M mol
平均速率 v 0
8kT vf (v )dv m
1/ 2 2
8 RT M mol
3kT m 3 RT M mol
过程 特征 等体V=常量 等压p=常量 过程方程
p 常量 T V 常量 T
pV 常量
吸收热量
m CV (T2 T1 ) M mol m C p (T2 T1 ) M mol
m V RT ln 2 或 M mol V1 m p RT ln 1 M mol p2
对外做功 0
p (V2 V1 )或 m R (T2 T1 ) M mol m V RT ln 2 或 M mol V1
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【生活实际运用】 大家都知道热空气向上升，因此高山顶上的气 温似乎要比地面气温高，但实际情况正好相反， 根据学过知识怎样解释这种现象?
例题：
关于物体的内能，下列说法正确的是（ B、C ）
A．相同质量的两种物体，升高相同的温度，内 能增量一定相同
B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少 C．一定量气体体积增大，但既不吸热也不放热， 内能一定减少 D．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能 一定减少
下列关于热传递的说法中，正确的是（ B ） A、热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的 物体
B、热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体 C、热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体 D、热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体
• 热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方 向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
• 要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而 产生其它影响或引起其它变化。
C
B、物体对外作功，内能一定减小
C、物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不 变
D、物体放出热量，同时对外做功，内能可能不 变
2、2004年全国：一定量的气体吸收热量，体
积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相
比
D
A、气体内能一定增加
B、气体内能一定减小
C、气体内能一定不变
D、气体内能是增是减不能确定
2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
3．做功和热传递在本质上是不同的：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内 能之间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移 （同种形式能量的转移）
三．热力学第一定律：物体内能的增加等于外界对物体所 做的功与从外界吸收的热量之和．
U W Q
其中U表示内能的增量，内能U增加取正，内能U 减少取负； W表示功，外界对物体做功W取正．物体对外界做功， W取负．做功的过程，物体的体积必发生变化． 其中Q 表示热量，物体从外界吸热Q 取正，物体向外 界放热Q 取负
四．能量守恒定律：能量既不会凭空产 生，也不会凭空消失，它只能从一种 形式转化为另一种形式，或者从一个 物体转移到另外的物体，在转化或转 移过程中其总量不变．
一、改变内能的两种方式：做功，热传递
二、做功和热传递的区别
1．做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功 数值来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加 多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少． 热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变是用 热量来量度的．物体吸收了多少热量，物体的内能就增 加多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少多 少．
热源 热机 冷凝器
• 不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起
其它变化。（克劳修斯表述）
• 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而 不引起其它变化。（开尔文表述）
1，按热传递的方向性来表述
2，是按机械能与内能转化过 程的方向来表述。
练习
1、关于物体内能的变化，以下说法正确的是
A、物体吸收热量，内能一定增大
ห้องสมุดไป่ตู้
3、一定量气体可经不同的过程从状态(P1、V1、
T1)变到状态(P2、V2、T2)，已知T2＞T1，则在
这些过程中
A.气体一定都从外界吸收热量
D
B.气体和外界交换的热量都是相等的
C.外界对气体所做的功都是相等的
D.气体内能的变化量都是相等的
4.如图为冲击摆实验装置，一飞行的子弹射入沙
箱后合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关 能的转化说法中正确的是( D ) A.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的内能 B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能 C.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D.子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的内能， 另一部分转变成了沙箱和子弹的机械能