大學(xué)物理課件：熱力學(xué)基礎(chǔ)

熱力學(xué)基礎(chǔ)8.1熱力學(xué)的基本概念8.2熱力學(xué)第一定律8.3熱容量8.4熱力學(xué)第一定律應(yīng)用8.5循環(huán)過程8.6熱力學(xué)第二定律8.7熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義和熵增原理一、熱學(xué)的研究對象8.1熱力學(xué)的基本概念1.熱現(xiàn)象把與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)及狀態(tài)變化稱為熱現(xiàn)象。2.熱學(xué)

研究熱現(xiàn)象的理論統(tǒng)稱為熱學(xué)。熱現(xiàn)象是組成物質(zhì)的大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的集中表現(xiàn)。二、熱學(xué)的研究方法熱學(xué)部分由熱力學(xué)和氣體動理論兩部分組成。熱力學(xué)：由觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納出的有關(guān)熱現(xiàn)象的規(guī)律構(gòu)成熱學(xué)的宏觀理論，稱為熱力學(xué)。氣體動理論：從原子、分子等微觀粒子的運(yùn)動和他們之間的相互作用出發(fā)，研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，構(gòu)成了熱學(xué)的微觀理論，稱為氣體動理論。1.熱力學(xué)研究方法熱力學(xué)是根據(jù)自然界大量現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來的幾個(gè)基本定律，用邏輯推理的方法研究宏觀物體的熱性質(zhì)，并不追究其微觀本質(zhì)。2.氣體動理論研究方法氣體動理論是從氣體微觀結(jié)構(gòu)的理想模型出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)平均方法研究氣體在平衡狀態(tài)下的性質(zhì)以及由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程等問題。

熱力學(xué)研究方法和氣體動理論研究方法是相輔相成的。外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)與外界交換特點(diǎn)）：孤立系統(tǒng)：與外界既無能量又無物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無物質(zhì)交換開放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)所處狀態(tài)）平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)三、平衡態(tài)

(1)系統(tǒng)與外界在宏觀上無能量和物質(zhì)的交換，

(2)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。3.非平衡態(tài)在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)各部分的宏觀性質(zhì)在長時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。1.平衡態(tài)2.平衡條件:

不具備兩個(gè)平衡條件之一的系統(tǒng)。四.狀態(tài)參量為了描述物體的狀態(tài)，常用一些物理量來表示物體的有關(guān)特性，如壓強(qiáng)、體積、溫度、密度、濃度等。這些描述狀態(tài)的量叫狀態(tài)參量。對一定量的氣體（質(zhì)量m，摩爾質(zhì)量M)的狀態(tài)，常用壓強(qiáng)、體積、溫度來表示氣體的狀態(tài)1.體積V2.壓強(qiáng)p

宏觀上，氣體作用于容器器壁單位面積的正壓力,即p=F/S。微觀上，大量分子作無規(guī)熱運(yùn)動，對器壁的撞擊力。單位：

Pa（帕斯卡）1Pa

=1Nm-21標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013×105Pa3.溫度TA、B兩體系互不影響各自達(dá)到平衡態(tài).A、B兩體系達(dá)到共同的熱平衡狀態(tài).AB絕熱板AB導(dǎo)熱板ABC若A

和

B、B和C分別熱平衡，則A和C一定熱平衡.（熱力學(xué)第零定律）宏觀上，物體的冷熱程度。微觀上，大量分子作熱運(yùn)動的劇烈程度。攝氏溫標(biāo)：1742年瑞典天文學(xué)家攝爾修斯建立，以冰的熔點(diǎn)定為0°C，水的沸點(diǎn)定為100°C熱力學(xué)溫標(biāo)：與工作物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)，由英國的開爾文建立，與攝氏溫度的數(shù)值關(guān)系為單位為K(開)，稱為熱力學(xué)溫度。溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示方法。平衡態(tài)氣體的狀態(tài)可用一組確定的值(p,V,T)

表示。宏觀上，氣體的p、V、T

都不隨時(shí)間變化，微觀上，氣體分子仍作熱運(yùn)動。所以平衡態(tài)是動態(tài)平衡。五、理想氣體物狀態(tài)方程1.一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)方程一定量的氣體，三個(gè)物態(tài)量之間有一定的關(guān)系。當(dāng)其中一個(gè)變化時(shí)，其他兩個(gè)量也會隨之發(fā)生變化。也就是說，其中一個(gè)量是其他兩個(gè)量的函數(shù)。T=f(p,V)

——?dú)怏w的狀態(tài)方程。2.理想氣體的狀態(tài)方程p—?dú)怏w的壓強(qiáng)；V—?dú)怏w的體積；—?dú)怏w的質(zhì)量；Mmol

—?dú)怏w的摩爾質(zhì)量；T—?dú)怏w的熱力學(xué)溫度；ν—?dú)怏w的摩爾數(shù)；R—摩爾氣體常量，—克拉珀龍方程3.理想氣體在任何條件下都嚴(yán)格遵守克拉珀龍方程的氣體。

當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)在外界影響下，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過程，稱為熱力學(xué)過程，簡稱過程。熱力學(xué)過程非靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程

一、準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程：在過程進(jìn)行的每一時(shí)刻，系統(tǒng)都無限地接近平衡態(tài)。8.2熱力學(xué)第一定律準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程“無限緩慢”進(jìn)行時(shí)的極限。準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想的極限。B(p2

V2T2

)A(p1

V1

T1)Vp系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)變化過程可用p~V

圖上的一條曲線表示，稱之為過程曲線。非靜態(tài)過程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過程中所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過程。二、準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計(jì)算當(dāng)活塞移動微小位移dl時(shí)，氣體對外所作的元功：S為活塞面積,dV是系統(tǒng)體積增量。注意:作功與過程有關(guān)。系統(tǒng)體積由V1→V2

,系統(tǒng)對外界作的總功:Sp功的圖示功的大小等于p~V

圖中過程曲線下的面積。VABPOV1V2比較A,B下的面積可知,功的數(shù)值不僅與初態(tài)和末態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過程的路徑有關(guān)。功是過程量。

系統(tǒng)對外界做功:W>0

;

外界對系統(tǒng)做功：W<0。三、準(zhǔn)靜態(tài)過程功的熱量在熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)與外界之間進(jìn)行熱交換時(shí)，其狀態(tài)可能發(fā)生變化，這種熱交換的能量稱為熱量，用Q表示。熱量是過程量。系統(tǒng)吸熱：Q

>0

；系統(tǒng)放熱：Q<0。（1）做功和熱傳遞是改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式。氣體內(nèi)能：分子動能+分子間勢能在熱力學(xué)系統(tǒng)中存在一種僅由其熱運(yùn)動狀態(tài)單值決定的能量，它的改變可以用絕熱過程中外界對系統(tǒng)所做的功來量度，這種能量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。（2）做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。說明四、內(nèi)能（E）理想氣體的內(nèi)能

理想氣體的內(nèi)能

理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，與熱力學(xué)溫度成正比。氣體的物質(zhì)的量氣體分子的自由度R：摩爾氣體常量。氣體的質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的溫度溫度改變，理想氣體的內(nèi)能改變：系統(tǒng)從外界吸收的熱量Q，一部分使其內(nèi)能增加

E

，另一部分則用以對外界做功W。五、熱力學(xué)第一定律對于無限小的狀態(tài)變化過程，可表示為第一類永動機(jī)：它可以使系統(tǒng)不斷地經(jīng)歷狀態(tài)變化又回到原來狀態(tài)，不消耗系統(tǒng)內(nèi)能，同時(shí)又不需要外界供給任何能量但卻可以不斷的向外界做功，這種機(jī)器稱為第一類永動機(jī)。熱力學(xué)第一定律又可表述為：第一類永動機(jī)是不可能制成的。注意：熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒及轉(zhuǎn)化定律，它適用于始末態(tài)為平衡態(tài)的系統(tǒng)，與中間是否是平衡態(tài)無關(guān)。二.熱容量物體的質(zhì)量與比熱容的乘積，稱為物體的熱容量。一.比熱容單位質(zhì)量的物體溫度升高(或降低）1K所吸收（或放出）的熱量。8.3熱容量三.摩爾熱容量1mol物質(zhì)的熱容量，稱為該物質(zhì)的摩爾熱容量。注意:熱容量是過程量。mol氣體，經(jīng)某一過程x，吸熱

Q，溫度變化

T，則平均摩爾熱容量定義為：摩爾熱容量定義為：1.定體（又叫定容）摩爾熱容量CV1mol氣體，在等體過程中的熱容量。

等體過程：氣體體積不變，對外界不做功，吸收的熱量等于內(nèi)能的增量。定體摩爾熱容量CV：理想氣體的定體摩爾熱容量CV

摩爾理想氣體的內(nèi)能理想氣體的定體摩爾熱容量2.定壓摩爾熱容量Cp1mol氣體，在等壓過程中的熱容量。氣體壓強(qiáng)不變，氣體體積變化時(shí)，對外界做功為等壓過程：定壓摩爾熱容量Cp：理想氣體的定壓摩爾熱容Cp理想氣體的狀態(tài)方程為所以

摩爾理想氣體的內(nèi)能比熱容比：單原子分子剛性雙原子分子剛性多原子分子定體摩爾熱容定壓摩爾熱容比熱容比3R/25R/23R5R/27R/24R5

/37/54/3物理量分子理想氣體

（2）氣體對外界所作的功為梯形的面積例1．如圖所示，1mol雙原子分子理想氣體由狀態(tài)A（p1,V1）沿p—V圖所示直線變化到狀態(tài)B（p2,V2），試求：(1)氣體內(nèi)能的增量；(2)氣體對外界所作的功；(3)氣體吸收的熱量；(4)此過程的摩爾熱容。解：內(nèi)能自由度:理想氣體狀態(tài)方程：(1)氣體內(nèi)能的增量（3）氣體吸收的熱量（4）設(shè)氣體溫度的改變量為所以此過程的摩爾熱容因?yàn)閜-V曲線是一條過原點(diǎn)的直線，所以p和V成正比一、等體過程（又叫等容過程）1.特征體積不變

2.過程方程在等體過程中，理想氣體的體積保持不變。8.4熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用為常量3.過程曲線平行于p軸的等體線。pVOVp2p14.W，Q，的表示由熱力學(xué)第一定律：吸熱等體內(nèi)能增量:等體過程中，系統(tǒng)對外不作功，吸收的熱量全用于增加內(nèi)能。2.過程方程二、等壓過程1.特征在等壓過程中,理想氣體的壓強(qiáng)保持不變。壓強(qiáng)不變3.過程曲線平行于V軸的等壓線。VOppV1V2VOppV1V2A4.W，Q，的表示三、等溫過程1.特征溫度不變2.過程方程V1V2p1p2pVOT在P—V

圖上,每一個(gè)等溫過程對應(yīng)一條雙曲線,稱為等溫線。3.過程曲線pdVV1V2p1p2pVOT4.W，Q，的表示等溫過程中系統(tǒng)吸收的熱量全部用來對外作功。在絕熱過程中，理想氣體與外界無熱量傳遞。1.特征Q=0絕熱的汽缸壁和活塞內(nèi)能增量氣體做功由熱力學(xué)第一定律得2.過程方程四、絕熱過程由兩邊取微分,得給(1)式兩邊乘以R加(2)式兩邊乘以CV得由得到兩邊積分，得由得即由得即絕熱過程方程(泊松公式)3.過程曲線在P—V

圖上，每一個(gè)絕熱過程對應(yīng)一條雙曲線，稱為絕熱線。V1V2p1p2PVO4.Q，的表示Q=05.功的表示由第一種表示方法得第二種表示方法：用功的定義計(jì)算6.絕熱線和等溫線的區(qū)別絕熱過程曲線在A點(diǎn)的斜率A—等溫線—絕熱線

在絕熱線和等溫線的交點(diǎn)處，絕熱線斜率和等溫線斜率的比值為γ。因?yàn)?/p>

γ>1，故絕熱線比等溫線陡。等溫過程曲線在A點(diǎn)的斜率A—等溫線—絕熱線例1有3.2g氧氣儲于有活塞的圓筒內(nèi)，初態(tài)P1=1.0atm，Vl=1.0L。氣體首先在等壓下加熱，使體積加倍；然后在體積不變的情況下加熱，使壓強(qiáng)加倍；最后經(jīng)絕熱膨脹，使溫度回到初值。試在P－V圖上表示氣體所經(jīng)歷的過程，并求在各過程中氣體所吸收的熱量，氣體所作的功，氣體內(nèi)能的變化。（設(shè)氧氣可看作理想氣體）解：1221P(atm)0abcd氣體經(jīng)歷過程P－V圖表示如右圖所示。氧氣為雙原子分子理想氣體，自由度i=5。氣體經(jīng)歷過程P－V圖表示如右由和得a→b等壓過程1221P(atm)0abcdb→c：等容過程c→d：絕熱膨脹過程1221P(atm)0abcd8.5循環(huán)過程一、熱機(jī)熱力學(xué)研究各種過程的主要目的就是提高熱機(jī)的效率。所謂的熱機(jī)就是不斷地通過工作物質(zhì)把吸收的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难b置。如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)等。在熱機(jī)中被用來吸收熱量并對外作功的物質(zhì)叫工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。工質(zhì)往往經(jīng)歷著循環(huán)過程，即經(jīng)歷一系列變化又回到初始狀態(tài)。二、循環(huán)過程系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來狀態(tài)的過程叫作熱力學(xué)系統(tǒng)的循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。1、定義2、特點(diǎn)若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過程，則此循環(huán)可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過程中對外作的凈功等于曲線所包圍的面積。系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)循環(huán)以后，系統(tǒng)的內(nèi)能沒有變化AB沿順時(shí)針方向進(jìn)行的循環(huán)。逆循環(huán):

沿逆時(shí)針方向進(jìn)行的循環(huán)。3、循環(huán)過程的分類正循環(huán):

pVabcd正循環(huán)pVabcd逆循環(huán)三.熱機(jī)工質(zhì)作正循環(huán)的機(jī)器，稱為熱機(jī)。一定質(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過程中從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對外作凈功W，向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。1.熱機(jī)(如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī))高溫?zé)嵩?/p>

T1低溫?zé)嵩?/p>

T2Q1Q2W2.熱機(jī)效率Q1

=

Q2

+W熱機(jī)效率1.制冷機(jī)（如冰箱、制冷式空調(diào)）

四、制冷機(jī)工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機(jī)器，稱為制冷機(jī)。制冷機(jī)經(jīng)歷一個(gè)逆循環(huán)后，由于外界對它作功，可以把熱量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?。在一個(gè)循環(huán)中，外界對工質(zhì)作功W，工質(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰酫2，向高溫?zé)嵩捶艧酫1。工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。高溫?zé)嵩?/p>

T1低溫?zé)嵩?/p>

T2Q1Q2W2.制冷系數(shù)Q1=

Q2+W制冷系數(shù)例13.210-2kg氧氣作ABCD循環(huán)過程。A

B和C

D都為等溫過程，設(shè)T1=300K，T2=200K，V2=2V1。求循環(huán)效率。DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp解吸熱放熱放熱吸熱DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp五、卡諾循環(huán)（討論以理想氣體為工質(zhì)的卡諾循環(huán)）

1824

年法國年青的工程師卡諾(1796-1832)提出一個(gè)工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán)。給出了熱機(jī)效率的理論極限值,并還提出了著名的卡諾定理?？赡嫜h(huán)：組成循環(huán)的每一個(gè)過程都是可逆過程，則稱該循環(huán)為可逆循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成。W1243T2T1卡諾熱機(jī)高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2下面我們來討論卡諾循環(huán)熱機(jī)效率W1

2

工質(zhì)接觸高溫?zé)嵩碩1,溫度不變,體積V1→V2等溫膨脹。W1243T2T1V1V4V2V3P1P2P4P334工質(zhì)接觸低溫?zé)嵩碩2,溫度不變,體積V3

V4,等溫壓縮?？ㄖZ熱機(jī)效率吸熱過程放熱過程放出熱量：兩式相除,得23

體積V2→V3,絕熱膨脹,吸熱為零,內(nèi)能減少。絕熱方程41體積V4→V1,絕熱壓縮,吸熱為零,內(nèi)能增加。絕熱方程W1243T2T1V1V4V2V3P1P2P4P3得卡諾熱機(jī)效率

(1)要完成一個(gè)卡諾循環(huán),必須有高、低溫兩個(gè)熱源，兩熱源的溫差越大,則卡諾循環(huán)的效率越高。

(2)卡諾定理可以證明，工作在相同高、低溫?zé)嵩撮g的一切熱機(jī)，卡諾可逆機(jī)效率最高。

(3)卡諾循環(huán)效率只與兩熱源溫度有關(guān)，因此提高熱機(jī)效率的唯一有效途徑是:提高高溫?zé)嵩吹臏囟?。討?/p>

(4)T1≠∞，T2≠0，故

不可能等于1或大于1。(5)只能用來求卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）致冷系數(shù)WT1T2卡諾致冷機(jī)高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2若工質(zhì)為理想氣體這是在T1和T2之間工作的各種制冷機(jī)的制冷系數(shù)的最大值。W六、卡諾定理

1.在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆熱機(jī)都具有相同的效率。

2.工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆熱機(jī)的效率都不可能大于可逆熱機(jī)的效率。討論(1)卡諾定理給出了熱機(jī)效率的極限。(2)卡諾定理指出了提高熱機(jī)效率的方向。例2

一卡諾熱機(jī)，工作于溫度分別為300K和400K的兩個(gè)熱源之間。求：（1）卡諾熱機(jī)的效率；（2）若在正循環(huán)中該機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃?600J，問該機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃慷嗌?？對外做功多少？?）若使它逆向運(yùn)轉(zhuǎn)而作制冷機(jī)工作，當(dāng)它從低溫?zé)嵩次鼰嵊?500J

時(shí)，將向高溫?zé)嵩捶艧岫嗌?？外界做功多少？?（1）卡諾熱機(jī)效率（2）該機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?200J，對外做功400J。（2）逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該制冷機(jī)的制冷系數(shù)為：外界需要做功為500J，向高溫?zé)嵩捶懦龇懦鰺崃?000J。8.6熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律給出了能量在相互轉(zhuǎn)化過程中遵循的規(guī)律，但并未限定過程進(jìn)行的方向。觀察與實(shí)驗(yàn)表明，自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的，是有方向性的。水只能自發(fā)地由高處向低處流;熱量只能自發(fā)地由高溫處向低溫處傳遞;氣體只能自發(fā)地由高壓處向低壓處流動;摩擦生熱的過程是不可能朝相反的方向進(jìn)行的;以上問題的解釋需要一個(gè)新的自然規(guī)律。擴(kuò)散，落葉永離，覆水難收……。一.熱力學(xué)第二定律開爾文表述不可能制作一種循環(huán)動作熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使其完全變?yōu)橛杏霉?，而不引起其他變化。熱力學(xué)第二定律是一條經(jīng)驗(yàn)定律，有許多表述方法。最早提出并作為標(biāo)準(zhǔn)表述的是1850年的克勞修斯表述和1851年的開爾文表述。這種熱機(jī)，也叫第二類永動機(jī)。（Q吸=A）要點(diǎn)：循環(huán)動作；單一熱源；不引起其他變化。第二類永動機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。

(1)循環(huán)動作的熱機(jī)，不是說單一過程。如單一的等溫膨脹過程，只從外界吸熱而對外作功，可以實(shí)現(xiàn)，不是循環(huán)過程。(2)單一熱源，指熱源是唯一的恒溫?zé)嵩?。如果熱源中有不同的溫度，就不是單一熱源。如利用海水發(fā)電，海洋中海水表面溫度與海底溫度不一致，上高下低，可以實(shí)現(xiàn)，不違背熱力學(xué)第二定律。討論(3)不引起其他變化，高溫?zé)嵩磳ν庾鞴σ酝獾乃形矬w都是其他物體,如低溫?zé)嵩?周圍環(huán)境等。(4)開爾文表述的實(shí)質(zhì)是：功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而熱不能無條件地全部轉(zhuǎn)換為功。討論(1)自動是指非人為的。如制冷機(jī)，外界作功使系統(tǒng)從低溫?zé)嵩次鼰幔瑐鬟f給高溫?zé)嵩?，是人為的，且使環(huán)境發(fā)生變化。(2)不引起外界的變化指外界作功，因?yàn)橥饨缱鞴梢鹜饨绲淖兓?。二、熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體自動地傳到高溫物體而不引起外界的變化。要點(diǎn)：自動地，不引起外界的變化。(1)熱力學(xué)第二定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是不可違背的自然規(guī)律。用反證法可以證明兩種表述等效，違背了一種表述，必違背另一種。說明第一定律說明在任何物理過程中能量必須守恒。第二定律則說明，滿足能量守恒的過程不一定能實(shí)現(xiàn)。(2)第二與第一定律彼此獨(dú)立又互相補(bǔ)充：(3)說明了

是不可能的。高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2Q1Q2W=Q1-Q2Q2Q2高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2W=Q1-Q21.違背了熱力學(xué)第二定律的克勞修斯敘述，也就違背了開爾文敘述。

熱力學(xué)第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上是等效的。三、兩種表述的等價(jià)性Q1-Q2高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2AQ12.違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文敘述，也就違背了克勞修敘述。Q2Q1＋Q2高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2Q2四、可逆過程和不可逆過程可逆過程：系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,逆過程能重復(fù)正過程的每一個(gè)狀態(tài),且不引起其他變化的過程。

在熱力學(xué)中，過程可逆與否與系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)是否為平衡狀態(tài)有關(guān)。

實(shí)現(xiàn)的條件:過程無限緩慢,沒有耗散力作功。不可逆過程：在不引起其它變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一個(gè)狀態(tài)的過程。自然界中一切自發(fā)過程都是不可逆過程。8.7熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義及熵增原理一.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律指出，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)過程都是不可逆過程，如熱功轉(zhuǎn)換、熱傳導(dǎo)、氣體的自由膨脹過程都是典型的不可逆過程。從分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)上來看，熱力學(xué)過程的不可逆性是有大量分子的無規(guī)則熱運(yùn)動決定的，而大量分子的無規(guī)則熱運(yùn)動遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。下面我們從統(tǒng)計(jì)意義上來理解熱力學(xué)第二定律。以理想氣體的自由膨脹過程為例設(shè)一容器被分割成容積相等的A、B兩部分。A室充滿某種氣體，B室抽為為真空。現(xiàn)討論抽去中間隔板后容器中氣體分子的位置分布。氣體中的任一分子在A室或者B室出現(xiàn)的概率都是1/2。設(shè)A室中有a,b,c,d四個(gè)分子，則經(jīng)過熱運(yùn)動后四個(gè)分子在容器中的分布有16種：AB4042214宏觀狀態(tài)微觀狀態(tài)abcdabcdacbd

adbc

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