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1、热力学第二定律,能量的数量关系,第一定律将不同形式的能量在数量上联系了起来，指出不同形式的能量可以互相转换，而且在转换中数量不变。 比如：电能动能、势能、热能；热能机械能、电能等。,能量的品质关系,但在长期的生产实践中，人们发现满足第一定律的过程不一定能够实现。 也就是说，热过程是有方向性的，比如，电可以很方便地转化为热，而热要变成电就困难得多，低温物体的热量不会自动地传至高温物体。揭示热过程方向性的是第二定律。,热力学第二定律揭示：能量不但有数量之分，还有方向之别，品质之别。,电热（100） 但热/电（100） 1000的热能比100的热能更有用，更有价值。 能量的品质不能自动升高，只能自动
2、降低，理想情况是不变。 2.1 热力过程的方向性 热过程是有方向性的，是不可逆的，下面举例说明并分类。, 不等温传热过程是不可逆的,两个物体、，设，那么、接触，就有从中传出，就有流入。 第一定律指出： 但相反的过程，即放热，吸热，即使满足，也不会发生。 即低温物体热量不会自动流入高温物体，否则将会出现很多怪现象。,A TA,B TB, 自由膨胀过程是不可逆的,第一定律指出：膨胀前与后必须满足： 但相反过程，即使仍满足 ，也不可能发生， 没有谁见过气体能自动恢复一半真空的。,1,2, 功热转换过程是不可逆的,功可以自动地转换为热（注意：自发、自动） 焦耳实验中的重物下降引起搅拌器转动，通过摩擦使
3、功自发变为热。相反的过程不可能发生。 总之：有摩擦、电阻、磁阻、非弹性形变等耗散效应存在的过程都是不可逆的。 混合过程是不可逆的，任何涉及到热现象的实际宏观过程都是不可逆的。 虽然，实际过程是不可逆的，但减小不可逆因素，过程的不可逆性就会相应减少，减少到可以忽略，过程就趋于可逆过程。,可逆过程的共同特征：,a它必须是准平衡过程。（力、热、化学平衡） b过程中不包括有摩擦、磁电阻等耗散效应。 上述不可逆过程，我们强调了不能“自动”发生，不是说不能发生，不然盐、真空、冷饮从何来？ 如果要发生，外界必须提供能量、某种补偿，制冷过程就必须消耗机械作为补偿。,2.2 第二定律的表述,第二定律是大量观察、
4、无数经验总结、千百次重复没有一次例外总结出来的。 它指出：一切实际的宏观热过程都是不可逆的，具有方向性，这是热过程的基本特征。也正是第二定律要揭示的基本事实和基本规律。 由于热过程种类很多，它们的不可逆性并不是孤立的，是彼此相关的，等效的。因此，第二定律有多种表述，但它们是等效的，一种表述成立则另一种表述也必然成立。,典型说法：,克劳修斯(1850年)：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 开尔文(1851年)：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其它变化。 普朗克：不可能制造一部机器，它在循环中把一重物升高而同时使一热源冷却。,它要求冷却一个热源来产生有用功而不产生其它影
5、响。 如果这种设想能成立，就可利用环境中无限的热能做功。 所以：第二类永动机是造不成的。,历史上还出现过违反第二定律的第二类永动机的设想（不违反第一定律）,热力学不可逆性不是孤立的,一切不可逆过程是相互联系的，各种表述是等效的，它反映的是热力过程的不可逆性。 第二定律是经验定律，但没有违反之例，只有同时遵守一、二定律的过程才能发生。,第二定律有多种表述，但是等效的，一种表述成立则另一种表述也必然成立。,历史上，卡诺定理是第二定律的出发点，早在一、二定律建立之前，卡诺就在分析影响蒸汽机的功热转换的各种因素的基础上，于1824年提出了卡诺定理。但他对这个定理的证明是错误的。（依据热质说和第一类永动
6、机不能实现，前者后来被证明是错误的，后者不可能证明卡诺定理） 克劳修斯与开尔文正是从卡诺定理得到思路提出热力学第二定律的。,2.3 卡诺定理,定理一：相同热源和冷源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质无关，均等于,定理二：相同热源和冷源间工作的可逆热机的效率恒高于不可逆热机的效率。,结论：所有可逆热机效率相等，不可逆热机效率恒小于可逆热机效率。于是，所有可逆热机效率只与热源温度有关，与所使用工质无关。,2.4 卡诺循环(Carnot cycle),它是恒温热源间工作的理想可逆循环，它由个定温过程及2个可逆绝热过程构成。 原因：为使循环在吸放热过程中可逆，在吸、放热过程中，与冷热源的温差
7、为无限小，只能是等温过程。要组成循环，还需加入其它过程。这些过必须在与之间变温，所以，只能是绝热过程，因此有两条绝热线。,在图T-S图和p-V图上可表示为：,吸热量，放热量，完成功量 效率：,对卡诺循环分析可得到如下结论：1)卡诺循环效率仅与热源温度有关，而与工质和热机类型无关。2)提高和降低L，可以提高，但 ， ，所以3)当时，c0（单热源热机不可能造成的）,2.5 状态参数熵 第二定律有多种表述，各种表述是等效的，最根本是告诉我们，所有热过程都是不可逆的，它们的发展是有方向性的。当然，不同的热过程有不同的可逆性，但不同的可逆性不是孤立的，彼此是相互联系的，它们有共同的本质特征。因此，可用同一物理量描述这一本质特征，这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数，它是一个状态参数。,熵的概念的简易引入方式： 功pd（可逆过程，是一个过程量） .dx（牛顿力学中） p是作功的推动力，容积变化dV是作功的标志。 而功和热都是过程的特征量（单位相同，地位相同），必有共性，所以也应有类似关系 可猜想：dS 这标明：是传热的推动力，ds是传热的标志。 那么，我们就叫为熵（状态参数）,
