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1、,5-5 热力学第二定律,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。,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。,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.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。,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转，从
2、而提升重物，则不可能自然进行。,1.功热转换是不可逆过程,热自动地转换为功的过程不可能发生.,二、自然过程的不可逆性,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,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。,2.热传导是不可逆过程,一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆。(热力学过程方向性）,只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。,自然过程是有摩擦损耗的非准静态过程，是不可逆过程。,三、热力学第二定律,开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热对外作功而
3、不产生其它影响。,1 热力学第二定律的两种表述,开尔文,各种宏观过程的进行的方向所遵从的规律。,克劳修斯表述：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化.,克劳修斯,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；即第二类永动机（单源热机）不可实现。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。,2 不可逆性的相互依存,一切不可逆过程都是相互沟通的。,如果一种实际过程的不可逆性消失了，其他的实际过程的不可逆性也就随即消失了。,若功热转换的方向性消失,热传导的方向性也消失.,
4、若热传导的方向性消失则功热转换的方向性也消失。,若理想气体绝热自由膨胀的方向性消失,功热转换的方向性也消失.,证明两种表述的等价性,违反开尔文表述也就违反克劳修斯表述,违反克劳修斯表述也就违反开尔文表述,任何一种不可逆过程的表述，都可作为热力学第二定律的表述！,若理想气体绝热自由膨胀的方向性消失,功热转换的方向性也消失.,气体自动收缩,等温膨胀,四、热力学第二定律的统计意义,自发过程的方向性从微观上看是大量分子无规运动的结果。,1 特例：以孤立系统气体的自由膨胀为例分析。设容器中只有4个分子：,将容器分为左右两部分，系统共有a、b、c、d四 个不同编号的分子，每个分子在左右两边的可能性均等，概
5、率均为 1/2.,热力学概率,宏观态,微观态,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。,结论,平衡态 相应于一定宏观条件下 最大的状态。,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。,2 热力学第二定律的统计意义,孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡。,宏观上认为不可能出现的状态在微观上认为是可能的, 只不过概率太小而已.,热力学第二定律是统计规律 。,熵是系统的态函数。,熵的微观意义是系统内分子热运动的无序性的一种量度。,孤立系统内部所发生的过程总是朝着熵增加的方向进行，称为熵增加原理。 从微观上讲，孤立系统中一切自发过程或不可逆过程总是向无序性增大方向进行。,
