热力学第二定律_图文
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热力学第二定律
•热力学第二定律揭示了：一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的（具有方向性）。
违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以 发生。
第一类永动机和第二类永动机比较
它们都不可能制成，第一类 永动机的设想违反了能量守恒定 律；第二类永动机的设想虽不违 反能量守恒定律，但违背了跟热 现象相联系的宏观过程具有方向 性的自然规律。
总结；机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能 全部转化成机械能，同时不引起其他变化。
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，使之完全变 成功,而不产生其他影响。
第二类永动机：人们把想象中能够从单一 热源吸收热量，全部用来做功而不引起 其他变化的热机叫做第二类永动机。
高二物理
第十章第四节
热力学第二定律
一个值得深思的问题： ？？？
既然能量是守 恒的，不能创造， 也不会消失，那我 们为什么还要节约 能源呢？
扩散现象有方向性
热传递有方向性
机械能和内能的转化有方向性
气体的膨胀有方向性
一、热力学第二定律的一种表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温 物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表 述。
BD
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。
AC
考点：
热力学第一定律：
C
ΔU=W+Q
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，使之完全变成功,而 不产生其他影响。
谢谢
作业：
第二类永动机不可能制成
定律的两种表述
热量不能自发地从低温物体传到高温体（不可能将热量 从低温物体传到高温物体而不引起其它变化）。
违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以 发生。
第一类永动机和第二类永动机比较
它们都不可能制成，第一类 永动机的设想违反了能量守恒定 律；第二类永动机的设想虽不违 反能量守恒定律，但违背了跟热 现象相联系的宏观过程具有方向 性的自然规律。
总结；机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能 全部转化成机械能，同时不引起其他变化。
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，使之完全变 成功,而不产生其他影响。
第二类永动机：人们把想象中能够从单一 热源吸收热量，全部用来做功而不引起 其他变化的热机叫做第二类永动机。
高二物理
第十章第四节
热力学第二定律
一个值得深思的问题： ？？？
既然能量是守 恒的，不能创造， 也不会消失，那我 们为什么还要节约 能源呢？
扩散现象有方向性
热传递有方向性
机械能和内能的转化有方向性
气体的膨胀有方向性
一、热力学第二定律的一种表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温 物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表 述。
BD
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。
AC
考点：
热力学第一定律：
C
ΔU=W+Q
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，使之完全变成功,而 不产生其他影响。
谢谢
作业：
第二类永动机不可能制成
定律的两种表述
热量不能自发地从低温物体传到高温体（不可能将热量 从低温物体传到高温物体而不引起其它变化）。
热力学第二定律()PPT课件
而可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系的推导是：
.
16
（1）恒温可逆膨胀：若理想气体物质的量为 n，在高温T1下 由（p1,V1)可逆膨胀到（p2,V2)，系统从高温热源所吸热及所做 功的关系式为：
A
B
T1 > T2
.
8
即是说，若要使热从低温物体传到高温，环境要付出代 价。例如，用冷冻机，即可将热从低温物体传到高温物体， 但同时，环境必然要对系统做功，而这部分功最后又以热的 形式还给环境。总的结果是环境作出了功，得到了热。
克劳修斯说法，反映了热传导过程的不可逆性。
不可逆
A
B
T1 > T2
.
9
——热力学第二定律的基础。
.
2
2. 自发过程逆向进行必须消耗功
要使自发过程的逆过程能够进行,必须让环境对系统作功。
例如： 用冷冻机就可以将热由低温物体转移到高温物体；
用压缩机就可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；
将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用直流电就可将溶质由低 浓度溶液转移到高浓度溶液。 用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，通直流电 就可实现 Cu + Zn2+ Cu2+ + Zn 的反应。
.
6
热机效率：指热机对外做的功与从高温热源吸收的热量之比
η W Q1
若热机不向低温热源散热，即吸收的热全部用来对外作功， 此时热机效率可达到100%，实践证明，这样的热机——第二 类永动机是根本不能实现的。
一种从单一热源吸热而不断做功的机器—— 第二类永动机 第二类永动机的不可能性说明热转化为功是有限度的
（2）开尔文（Kelvin, L) 说法：“不可能从单一热源吸取热 量使之完全转变为功而不产生其它影响。”
(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。
(2024年)热力学第二定律ppt
26
06
总结与展望
27
课程总结回顾
热力学第二定律的基本概念
阐述了热力学第二定律的两种表述方式，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体， 以及所有热机的工作效率都不可能达到100%。
熵增原理
介绍了熵的概念，解释了为什么自然过程总是朝着熵增加的方向进行，以及熵增原理在热 力学、统计物理和化学等领域的应用。
熵增原理
在孤立系统中，一切实际过程都使 系统的熵增加。
7
02
热力学第二定律数学表达式
8
熵增原理及数学表达式
熵增原理
在孤立系统中，熵（代表系统的 无序程度）总是趋向于增加，即 系统总是自发地向更无序的状态 发展。
数学表达式
dS ≥ 0，其中S表示熵，dS表示 熵的变化量。等号成立时表示可 逆过程，大于零时表示不可逆过 程。
在物理学、化学、生物学等其他自然科学领域中，热力学第二定律可以帮助我们理 解各种自然现象和过程。
在经济学、社会学等社会科学领域中，热力学第二定律也可以为我们提供新的视角 和思考方式。
22
05
热力学第二定律实验验证及现象解 释
23
实验验证方法介绍
卡诺热机实验
通过测量热机在不同热源 温度下的效率，验证热力 学第二定律的正确性。
热力学第二定律的应用
讨论了热力学第二定律在能源转换、环境保护和生命科学等领域的应用，如热机的效率、 制冷机的性能系数、生态系统的能量流动等。
28
对未来研究方向的展望
1 热力学第二定律与量子力学的结合
探讨在量子力学框架下热力学第二定律的适用性，以及 如何利用量子力学原理来设计和优化新型热机和制冷机 。
不可逆过程
自然界中的许多过程都是不可逆的，如热传 导、扩散、化学反应等，这些过程都伴随着 能量的耗散和损失。
06
总结与展望
27
课程总结回顾
热力学第二定律的基本概念
阐述了热力学第二定律的两种表述方式，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体， 以及所有热机的工作效率都不可能达到100%。
熵增原理
介绍了熵的概念，解释了为什么自然过程总是朝着熵增加的方向进行，以及熵增原理在热 力学、统计物理和化学等领域的应用。
熵增原理
在孤立系统中，一切实际过程都使 系统的熵增加。
7
02
热力学第二定律数学表达式
8
熵增原理及数学表达式
熵增原理
在孤立系统中，熵（代表系统的 无序程度）总是趋向于增加，即 系统总是自发地向更无序的状态 发展。
数学表达式
dS ≥ 0，其中S表示熵，dS表示 熵的变化量。等号成立时表示可 逆过程，大于零时表示不可逆过 程。
在物理学、化学、生物学等其他自然科学领域中，热力学第二定律可以帮助我们理 解各种自然现象和过程。
在经济学、社会学等社会科学领域中，热力学第二定律也可以为我们提供新的视角 和思考方式。
22
05
热力学第二定律实验验证及现象解 释
23
实验验证方法介绍
卡诺热机实验
通过测量热机在不同热源 温度下的效率，验证热力 学第二定律的正确性。
热力学第二定律的应用
讨论了热力学第二定律在能源转换、环境保护和生命科学等领域的应用，如热机的效率、 制冷机的性能系数、生态系统的能量流动等。
28
对未来研究方向的展望
1 热力学第二定律与量子力学的结合
探讨在量子力学框架下热力学第二定律的适用性，以及 如何利用量子力学原理来设计和优化新型热机和制冷机 。
不可逆过程
自然界中的许多过程都是不可逆的，如热传 导、扩散、化学反应等，这些过程都伴随着 能量的耗散和损失。
物理学教学ppt§5-5热力学第二定律
2.不可逆过程
系统经某过程由一初态到达末态后，如不可能 使系统和外界都完全复原，则此过程称不可逆过 程。
二、自然过程的不可逆性 1.功热转换是不可逆过程
重物自动下落，叶片转动使水温升高，功全部 转化成热。
·
· 水自动冷却使叶片旋
水
叶片 转，从而提升重物，
则不可能自然进行。
重物 绝热壁
重物 热自动地转换为功 的过程不可能发生.
§5-5 热力学第二定律
由热力学第一定律知道： 一切热力学过程都应该满足能量守恒。 但是满足能量守恒的过程都能进行吗?
这是热力学第二定律要表达的内容。
热力学第二定律告诉我们，过程的进行还有 方向性的问题，满足能量守恒的过程不一定都能 进行。
一、可逆过程和不可逆过程 1.可逆过程
系统由一初态出发，经某过程到达一末态后， 如果能使系统回到初态而不在外界留下任何变化 (即系统和外界都恢复了原状)，则此过程叫做可 逆过程.
2.热传导是不可逆过程 热量可以自动地从高温物体传向低温物体，但
相反的过程却不能发生。 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
3.气体绝热自由膨胀是不可逆过程
真空
在绝热容器中抽去隔板，分子将自动膨胀充满整 个容器，最后达到平衡态。
自然过程是有摩擦损耗的非准静态过程，是不可逆 过程。
只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。
宏观态 微观态
热力学概率
1 1
4 4
6
实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即 系统最后所达到的平衡态。
平衡态 相应于一定宏观条件下 最大的状态。
结论
Ω平 Ωmax
1）平衡态对应与热力学概率最大的宏观状态。 2）如果初始时系统处于热力学概率不是最大的宏 观状态，则系统处于非平衡态，系统将向平衡态 过渡，最后达到平衡态。此时系统的热力学概率 最大。
系统经某过程由一初态到达末态后，如不可能 使系统和外界都完全复原，则此过程称不可逆过 程。
二、自然过程的不可逆性 1.功热转换是不可逆过程
重物自动下落，叶片转动使水温升高，功全部 转化成热。
·
· 水自动冷却使叶片旋
水
叶片 转，从而提升重物，
则不可能自然进行。
重物 绝热壁
重物 热自动地转换为功 的过程不可能发生.
§5-5 热力学第二定律
由热力学第一定律知道： 一切热力学过程都应该满足能量守恒。 但是满足能量守恒的过程都能进行吗?
这是热力学第二定律要表达的内容。
热力学第二定律告诉我们，过程的进行还有 方向性的问题，满足能量守恒的过程不一定都能 进行。
一、可逆过程和不可逆过程 1.可逆过程
系统由一初态出发，经某过程到达一末态后， 如果能使系统回到初态而不在外界留下任何变化 (即系统和外界都恢复了原状)，则此过程叫做可 逆过程.
2.热传导是不可逆过程 热量可以自动地从高温物体传向低温物体，但
相反的过程却不能发生。 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
3.气体绝热自由膨胀是不可逆过程
真空
在绝热容器中抽去隔板，分子将自动膨胀充满整 个容器，最后达到平衡态。
自然过程是有摩擦损耗的非准静态过程，是不可逆 过程。
只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。
宏观态 微观态
热力学概率
1 1
4 4
6
实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即 系统最后所达到的平衡态。
平衡态 相应于一定宏观条件下 最大的状态。
结论
Ω平 Ωmax
1）平衡态对应与热力学概率最大的宏观状态。 2）如果初始时系统处于热力学概率不是最大的宏 观状态，则系统处于非平衡态，系统将向平衡态 过渡，最后达到平衡态。此时系统的热力学概率 最大。
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-耗散结构_图文
生物 生命
生物是远离平衡态的开放系统 生命过程是一种耗散结构 物种的产生 偶然性 物种的保护
麦克斯韦分布
麦克斯韦分布
其中 di S > 0：熵产生，由系统内部的不可逆过 程引起。 de S ： 熵流，可正可负。由系统与外部的能量和物
质交换引起。
自组织现象的解释
开放系统从外界接收负熵流 de S<0 且 |de S|>di S 系统的熵 d S = di S + de S<0 使系统由无序变到有序
负熵流
贝纳特实验中，流体系统是一个开放系统，随着热 量的流进流出，系统的熵在变化。若流进流出的热 量相等,为dQ 。
热力学第二定律-耗散结构_图文.ppt
第四章 热力学第二定律
*耗散结构介绍
耗散结构理论： 普利高津（I.Prigoging, 比利时)
1967年创立, 1977年获诺贝尔化学奖。
• 自组织现象 • 开放系统的熵变 • 远离平衡态的分叉现象
• 通过涨落达到有序
有序与无序
热力学第二定律说明了孤立系统中 的自然过程有方向性：
流进的熵
流出的熵
因为
所以
即流出的熵大于流进的熵 。
若净流出的熵超过了系统内部的“熵产生”，系统 的熵就减少，系统就从无序有序。
远离平衡态的分叉现象
1.平衡态热力学(经典热力学)
主要研究平衡态的性质.例如,贝纳特实验中 T=0 的情形。
2. 线性非平衡态热力学(近平衡态热力学）
外界的影响较小,外界的作用与系统状态的变化可 以看成简单的线性关系.
激光
激光器出激光，要输入足够的功率（开放系统） 才能造成粒子数反转的状态（远离平衡态）。
当有能量
第二章 热力学第二定律 2015-9-17.ppt
此式的含义为：卡诺热机在两个热源T1及T2之间 工作时，两个热源的“热温商” 之和等于零。
卡 Q W 1 Q 1Q 1 Q 2T 1T 1 T 2
T2 > 0 K , 0 < <1 , Q不能全部变为W T 大， 大； T 小， 小； T = 0，只有一个热源， = 0
卡诺循环是可逆过程构成的，所以卡诺热 机可以逆转：
效的。
关于第二定律的几点说明 :
(1) 第二类永动机符合第一定律，但违反第二定律； (2)不是说热不可能完全变为功。强调的是：不可能在
热全部转化为功的同时不引起任何其它变化。 (3)任意一个过程中，令系统先由A变到B，再让它逆
向进行，假若在由B变到A时将能构成第二类永动 机，则可判断，该系统由A变到B的过程是自发的， 而由B自动变到A是不可能的。
克劳修斯说法，反映了传热过程的不可逆性。
不可逆
A
B
T1 > T2
（2）开尔文（Kelvin, L) 说法：
不可能从单一热源吸热使 之完全变为功而没有任何其 他变化。
（3）热力学第二定律的经典叙述可简化为：
第二类永动机不可能造成 实质：自发过程都是不可逆的。
Clausius的说法和 Kelvin的说法是等
两式相除：
W W 1W 3nR 2ln V T V 1 2nR 1ln V V T 3 4
nR(T2 T1)lnVV12
于是，卡诺热机的效率应为：
W
R(T2
T1 )
ln
V2 V1
T2 T1
Q2
RT2
ln
V2 V1
T2
另外： W Q1 Q2 T2 T1
Q2
Q2
T2