第6节 热力学第二定律一、开尔文表述
=
如果，“第一类永动机是不可能制成的”
如果，，，单一热源热机海水温度降低1K，释放的热量相当于标准煤的燃烧热
的热机：第二类永动机
“第二类永动机是不可能制成的”
1851年，开尔文表述：
不可能从单一热源吸热并使之完全转化为功而不引起其它变化不能理解为热不能完全转化为功如理想气体等温膨胀过程，，
单一热源热机是不可能制成的热全部转化为功是有条件的功全部转化为热的过程可以无条件进行
热功转化过程具有一定的方向性二、克劳修斯表述
1850年，克劳修斯表述：
热量不能自动地由低温物体传向高温物体不可能把热由低温物体传向高温物体而不引起其它变化不能理解为热量不能由低温物体传向高温物体
热传递过程的方向性三、两种表述的等价性
违反开尔文表述违反克劳修斯表述
>
复合致冷机
违反克劳修斯表述违反开尔文表述
>
复合热机
第一定律：自然过程必须遵守能量守恒定律第二定律：自然过程具有一定的方向性第7节 可逆过程与不可逆过程定义：过程，过程逆向进行
过程：可逆过程
如果，，过程：不可逆过程注意：（1）可逆过程 = 可以逆向进行的过程
（2）不可逆过程 = 不能逆向进行的过程
（3）可逆过程不一定是循环过程
（4）循环过程不一定是可逆过程
可逆循环过程例：空气中的单摆如果不考虑空气摩擦，
单摆的摆动过程是可逆过程
考虑到摩擦，
则是不可逆过程
凡是有摩擦的过程都是不可逆过程例：有限温差热传递过程
致冷机
是不可逆过程任何一个非静态过程都是不可逆过程例：理想气体绝热膨胀过程
任何一个实际发生的过程都是不可逆过程孤立体系，自发过程，都是沿单方向进行的不可逆过程无摩擦的准静态过程才是可逆过程第8节 卡诺定理
在高温热源和低温热源两个给定热源之间工作的
一切可逆热机，其效率都相同，都等于理想气体可逆
卡诺热机的效率：
在高温热源和低温热源两个给定热源之间工作的
一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率
，“=”只对可逆热机成立
是一切热机效率的最高上限
第9节 热力学第二定律的统计意义熵的概念
热力学第二定律的统计意义
1个分子，自动收缩到室的几率
4个分子
指明中各有几个分子：宏观态
如：：2，：2
：3，：1
指明所有分子在中的具体分配情况：微观态
如：：，：
： ：
微观态
宏观态
一个宏观态对应的微观态数目
4
0
1
3
1
4
2
2
6
1
3
4
0
4
1
四个分子自动收缩到室的几率
宏观体系，
全部分子自动收缩到室的几率
微观态，，
所有微观态出现一次，经历时间为
宇宙年龄
孤立体系中的自发过程实际上就是由微观态数目少（几率小）
的宏观态向微观态数目多（几率大）的宏观态的转变过程热力学第二定律对少数几个微观粒子构成的体系不成立
熵的概念热力学体系的一个宏观态对应的微观态数目：这个宏观态的热力学几率或混乱度体系处于该宏观态时的熵：，SI：
玻耳兹曼公式熵：状态函数熵是描述体系混乱程度或无序程度的物理量
孤立体系，自发过程，，
可逆过程，，
孤立体系，，
孤立体系的熵永不减少 孤立体系的熵增加原理熵函数可作为孤立体系中过程进行方向的判据理想气体绝热自由膨胀过程，，，不变，
熵增加过程的例子：两种气体等温混合过程
液体的等温汽化过程
热力学第二定律的适用范围
“由大量分子构成的宏观体系”
对少数微观粒子构成的体系不适用也不能外推到整个宇宙宇宙的“热寂说”：宇宙看作孤立体系
任何过程都将导致宇宙熵的增加
最终宇宙达到平衡态，熵最大上述外推是不恰当的
宇宙能否看作孤立体系？
开放系统热力学表明，远离平衡态的开放系统可以从无序向有序转化
宇宙中粒子数是否是无限多？
对于大的宇宙天体系统，自身的万有引力是不能忽略的例：利用热力学第二定律证明任意两条绝热线不相交证：反证法，设两条绝热线相交，作一等温线，构成一循环过程
与热力学第二定律
相矛盾
例：利用热力学第二定律证明一条等温线与一条绝热线
不能相交两次证：反证法，设一条等温线与一条绝热线相交两次，
构成一循环过程
与热力学第二定律
相矛盾
绝热线
吸热过程
放热过程
绝热线
任何过程与绝热线的切点是该过程吸放热的转折点例,
绝热线
讨论过程的吸放热情况解：，
有的阶段放热，有的阶段吸热，整个过程总体放热例,
绝热
，，？
解：
，
=
如果，“第一类永动机是不可能制成的”
如果，，，单一热源热机海水温度降低1K，释放的热量相当于标准煤的燃烧热
的热机：第二类永动机
“第二类永动机是不可能制成的”
1851年，开尔文表述：
不可能从单一热源吸热并使之完全转化为功而不引起其它变化不能理解为热不能完全转化为功如理想气体等温膨胀过程，，
单一热源热机是不可能制成的热全部转化为功是有条件的功全部转化为热的过程可以无条件进行
热功转化过程具有一定的方向性二、克劳修斯表述
1850年，克劳修斯表述：
热量不能自动地由低温物体传向高温物体不可能把热由低温物体传向高温物体而不引起其它变化不能理解为热量不能由低温物体传向高温物体
热传递过程的方向性三、两种表述的等价性
违反开尔文表述违反克劳修斯表述
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复合致冷机
违反克劳修斯表述违反开尔文表述
>
复合热机
第一定律：自然过程必须遵守能量守恒定律第二定律：自然过程具有一定的方向性第7节 可逆过程与不可逆过程定义：过程，过程逆向进行
过程：可逆过程
如果，，过程：不可逆过程注意：（1）可逆过程 = 可以逆向进行的过程
（2）不可逆过程 = 不能逆向进行的过程
（3）可逆过程不一定是循环过程
（4）循环过程不一定是可逆过程
可逆循环过程例：空气中的单摆如果不考虑空气摩擦，
单摆的摆动过程是可逆过程
考虑到摩擦，
则是不可逆过程
凡是有摩擦的过程都是不可逆过程例：有限温差热传递过程
致冷机
是不可逆过程任何一个非静态过程都是不可逆过程例：理想气体绝热膨胀过程
任何一个实际发生的过程都是不可逆过程孤立体系，自发过程，都是沿单方向进行的不可逆过程无摩擦的准静态过程才是可逆过程第8节 卡诺定理
在高温热源和低温热源两个给定热源之间工作的
一切可逆热机，其效率都相同，都等于理想气体可逆
卡诺热机的效率：
在高温热源和低温热源两个给定热源之间工作的
一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率
，“=”只对可逆热机成立
是一切热机效率的最高上限
第9节 热力学第二定律的统计意义熵的概念
热力学第二定律的统计意义
1个分子，自动收缩到室的几率
4个分子
指明中各有几个分子：宏观态
如：：2，：2
：3，：1
指明所有分子在中的具体分配情况：微观态
如：：，：
： ：
微观态
宏观态
一个宏观态对应的微观态数目
4
0
1
3
1
4
2
2
6
1
3
4
0
4
1
四个分子自动收缩到室的几率
宏观体系，
全部分子自动收缩到室的几率
微观态，，
所有微观态出现一次，经历时间为
宇宙年龄
孤立体系中的自发过程实际上就是由微观态数目少（几率小）
的宏观态向微观态数目多（几率大）的宏观态的转变过程热力学第二定律对少数几个微观粒子构成的体系不成立
熵的概念热力学体系的一个宏观态对应的微观态数目：这个宏观态的热力学几率或混乱度体系处于该宏观态时的熵：，SI：
玻耳兹曼公式熵：状态函数熵是描述体系混乱程度或无序程度的物理量
孤立体系，自发过程，，
可逆过程，，
孤立体系，，
孤立体系的熵永不减少 孤立体系的熵增加原理熵函数可作为孤立体系中过程进行方向的判据理想气体绝热自由膨胀过程，，，不变，
熵增加过程的例子：两种气体等温混合过程
液体的等温汽化过程
热力学第二定律的适用范围
“由大量分子构成的宏观体系”
对少数微观粒子构成的体系不适用也不能外推到整个宇宙宇宙的“热寂说”：宇宙看作孤立体系
任何过程都将导致宇宙熵的增加
最终宇宙达到平衡态，熵最大上述外推是不恰当的
宇宙能否看作孤立体系？
开放系统热力学表明，远离平衡态的开放系统可以从无序向有序转化
宇宙中粒子数是否是无限多？
对于大的宇宙天体系统，自身的万有引力是不能忽略的例：利用热力学第二定律证明任意两条绝热线不相交证：反证法，设两条绝热线相交，作一等温线，构成一循环过程
与热力学第二定律
相矛盾
例：利用热力学第二定律证明一条等温线与一条绝热线
不能相交两次证：反证法，设一条等温线与一条绝热线相交两次，
构成一循环过程
与热力学第二定律
相矛盾
绝热线
吸热过程
放热过程
绝热线
任何过程与绝热线的切点是该过程吸放热的转折点例,
绝热线
讨论过程的吸放热情况解：，
有的阶段放热，有的阶段吸热，整个过程总体放热例,
绝热
，，？
解：
，
