§3 热力学第二定律 (second law of thermodynamics) 热力学第二定律是独立于热力学第一定律的另一实验定律,它指出系统变化进行的可能方向和达到平衡的必要条件,是自然界最基本、最普遍的规律之一。
1 开尔文表述: 不可能从单一热源吸取热量,使 之完全变成有用的功而不产生其它影响。 ①单一热源 — 各部分温度均匀,并且恒定不变。 ②而不产生其它影响 什么叫其它影响? 指的是除了从单一热源吸热, 对外作功,这两件事以外的工作物质与外界的变化。 确切理解开尔文表述
第二类永动机(perpetual motion machine of the second kind ) 是不可能制成的 历史上曾有人幻想制造一种热机,指从单一热源(如大海、大气等)吸取热量,并将它全部转化为功,及使系统对外界放出的热量为零,η=100%。显然,这种热机是违背热力学第二定律开尔文表述的,人们称之为第二类永动机。 开尔文表述也可以为: 第二类永动机(perpetual motion machine of the second kind ) 是不可能制成的
2 克劳修斯表述 不可能把热量从低温物体传到高温物而不产生其它影响 二 两种表述的等效性 (反证法) 违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述 违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
功热转换过程 三 可逆过程(reversible process)与不可逆过程(irreversible process) 定义:一系统由某一状态出发,经过某一过程到达另一状态。如果存在另一过程,它能使系统和外界完全复原,则原来的过程称为可逆过程,如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原,则原来的过程称为不可逆过程。 例:如果理想气体快速膨胀 快速压缩过程是否是它的逆过程? 功热转换过程 例 理想气体准静态等温膨胀
甲过程: P-V图 系统:1→2 外界: 系统对外作功 AⅠ Q Ⅰ 系统吸热 乙过程: 无摩擦准静态等温压缩过程 ,沿着等温线 反方向由2→1回去。 AⅡ=Q Ⅱ AⅠ= AⅡ Q Ⅰ= Q Ⅱ ∴甲过程是可逆过程 理想过程