《热力学》课程PPT教学课件（讲稿）第五章 热力学第二定律

第五章热力学第二定律 第一节热力学第二定律的表述及卡诺定理 (一)热力学第二定律的表述 迄今为止,我们从第一原理得到的物理规律都是可逆的。 d'x 牛顿定律:m2=F,在t→>-t操作下不变;时间反演不变性 麦克斯韦方程:VB=(VxE=DB aE V.B=0, V×B 在t→>-t,P→-P操作下不变,TP反演不变性 OE 电磁波方程:VE-04l^at 0时间反演不变性

第五章 热力学第二定律 第一节 热力学第二定律的表述及卡诺定理 （一）热力学第二定律的表述 迄今为止，我们从第一原理得到的物理规律都是可逆的。 牛顿定律： , 2 2 F dt d x m =  在 t → −t 操作下不变；时间反演不变性 麦克斯韦方程： t E B B j t B E E    =  = +    =  = −        0 0 0 0 0, / , ,      在 t → −t, P → −P 操作下不变，TP 反演不变性。 电磁波方程： 0 2 2 0 0 2 =    − t E E     时间反演不变性

自然现象、人文历史的发展都有方向性 落叶永离,覆水难收;欲死灰之复燃,艰乎其力;愿破镜 之重圆,冀也无端;人生易老,返老还童只是幻想;生米煮 成熟饭,无可挽回; 许多维象定律是不可逆的 d-x 摩擦: F 它们都是不可逆的 传热方程:C aT 而且都有时间反演对 称性破缺的特点 扩散方程: aC 3× 克劳修斯( Clausius)首先看出,有必要在热力学第一定律之外建立 一条独立的定律来概括自然界的不可逆现象

自然现象、人文历史的发展都有方向性 落叶永离，覆水难收；欲死灰之复燃，艰乎其力； 愿破镜 之重圆，冀也无端；人生易老，返老还童只是幻想；生米煮 成熟饭，无可挽回；…… 许多维象定律是不可逆的 摩擦： F dt dx k dt d x m + =   2 2 它们都是不可逆的， 而且都有时间反演对 称性破缺的特点。 传热方程： T t x y z T C           +   +   =   2 2 2 2 2 2  扩散方程： C x y z D t C           +   +   =   2 2 2 2 2 2 克劳修斯 (Clausius) 首先看出，有必要在热力学第一定律之外建立 一条独立的定律来概括自然界的不可逆现象

可逆过程与不可逆过程的定义 一个系统由某一状态出发,经过某一过程达到另一个状态, 如果存在另一个过程使得系统和外界都完全复原(即系统恢 复到原来的状态,同时消除对外界的一切影响),则原来的 过程称为可逆过程。反之,如果用任何方式都不可能使系统 和外界都完全复原,则称原来的过程为不可逆过程。 可逆过程举例 理想气体的无摩擦等温过if:T恒定,nD p均匀 i-f:△U=0,W=Q=?Th f→)i:△U=0,W=-Q=WRTh 系统回到原来的状态,外界复原。 所有准静态过程都是可逆过程

可逆过程与不可逆过程的定义 一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一个状态， 如果存在另一个过程使得系统和外界都完全复原（即系统恢 复到原来的状态，同时消除对外界的一切影响），则原来的 过程称为可逆过程。反之，如果用任何方式都不可能使系统 和外界都完全复原，则称原来的过程为不可逆过程。 p i p f p Vi Vf V i f 可逆过程举例 理想气体的无摩擦等温过 i→f：T 恒定， p均匀 i f V V U = 0,W' = Q =RT ln f i V V U = 0,W = −Q =RT ln i→f： f→i： 系统回到原来的状态，外界复原。 所有准静态过程都是可逆过程

不可逆过程举例 气体向真空的自由膨胀if:AU=0, Q=0,W=0。尽管可以经一等温过程由 f六,W,≠0,Q,≠0 况且,if的过程中,不可能任一时刻都有 确定的状态,自然无法重复并消除影响。 热扩散:高温—低温(自发);低温—高温(必须外力影响) 在热力学系统中,仅无耗散的准静态过程才是可逆过程。 实际过程(如:非准静态过程、有耗散的过程、相不平衡 过程等)都是不可逆过程。可逆过程只是理想过程,或近 似过程

p V i f 不可逆过程举例 气体向真空的自由膨胀。i→f：U = 0, Q = 0, W = 0。尽管可以经一等温过程由 f→i, →  0, Wf i →  0. Qf i 况且， i→f 的过程中，不可能任一时刻都有 确定的状态，自然无法重复并消除影响。 在热力学系统中，仅无耗散的准静态过程才是可逆过程。 实际过程（如：非准静态过程、有耗散的过程、相不平衡 过程等）都是不可逆过程。可逆过程只是理想过程，或近 似过程。 热扩散：高温 低温（自发）；低温 高温（必须外力影响）

热力学第二定律的语言表述 克劳修斯表述:( Clausius,1850) 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起任何其他变化。 开尔文表述:( Kalvin,1851) 不可能从单一热源吸收热量使之完全转变为有用的功而不产生 其他影响。 或:第二类永动机是不可能造成的。 第二类永动机:从单一热源吸热对外作功但不产生其它任何影响的机械。 热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述完全等价。 如果开尔文表述正确,则克劳修斯表述也正确;如果克劳 修斯正确,则开尔文表述也正确

热力学第二定律的语言表述 克劳修斯表述：(Clausius, 1850) 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起任何其他变化。 开尔文表述：(Kalvin, 1851) 不可能从单一热源吸收热量使之完全转变为有用的功而不产生 其他影响。 或： 第二类永动机是不可能造成的。 第二类永动机：从单一热源吸热对外作功但不产生其它任何影响的机械。 热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述完全等价。 如果开尔文表述正确，则克劳修斯表述也正确; 如果克劳 修斯正确，则开尔文表述也正确