第七章§ 7-6 热力学第二定律第 1页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室自然过程的方向符合热一律的过程，不一定能在自然界发生，
例如：
重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。
水冷却使叶片旋转，
从而提升重物，则不可能自然进行。
· ·
水 叶片重物 重物绝热壁焦耳热功当量实验第七章§ 7-6 热力学第二定律第 2页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室过程的 唯一 效果 能否发生热功转换功 热功热
√
热传导高温 热量 低温高温热量低温
√
气体扩散分离 混合分离混合
√
一些自然过程的方向：
全部全部第七章§ 7-6 热力学第二定律第 3页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室热力学第二定律热力学第二定律 是关于 自然过程方向的一一,热力学第二定律的两种表述：
1.开氏表述 （ Kelvin,1851）：
其 唯一 效果是热量 全部 转变为功的过程是不可能的。 A= Q
Q
T
1
第二类永动机条基本的、普遍的定律。
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 4页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
A = Q
V1
T Q
V2
左图所示过程是思考开氏表述的另种说法：
2,克氏表述 （ clausius,1850）,
热量不能自动地 从低温物体传向高温物体
Q
T1（ 高 ）
T2（ 低 ）
w
否违反热力学第二定律？
不存在第二类永动机第七章§ 7-6 热力学第二定律第 5页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室二,两种表述的等价性
1,若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。
反证法：
克氏表述成立开氏表述成立等价设开氏表述不成立则克氏表述不成立
（自证）2,若开氏表述成立，则克氏表述也成立。
A=Q1
T1
Q1
T1
T2
Q2
Q1+Q2
T2
Q2
Q1
T1
A
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 6页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
[例 ],试证明在 p? V图上任意物质的 一条等温证,用反证法,设等温线和绝热线能相交两次。
绝热线
（等 S 线）
等温线
Q
A = Q
p
V
则如图示，可构成一个单热库热机，从而违反热力学第二定律的开氏表述，
故假设不成立。
线和一条绝热线不能相交两次。
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 7页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室过程的可逆性一,定义
1.可逆过程 （ reversible process）：
其结果（系统和外界的变化）可以完全
（准静态、无摩擦的过程）被消除的过程。
一般地说，如果过程进行的每一步都仅使外界条件改变一个无穷小的量，那么这个过程就是可逆的。
（其结果是系统和外界能同时回到初态）。
可逆过程必然是可以沿原路径反向进行的第七章§ 7-6 热力学第二定律第 8页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
2,不可逆过程 （ irreversible process）：
其结果不能完全被消除的过程。 例如：
有限温差热传导，
,一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆,
八宝山
,今天的你我怎能重复昨天的故事 !”
生命过程是不可逆的：
出生?童年?少年?青年?中年
—— 不可逆！
老年气体自由膨胀?摩擦生热，
正如一首歌中唱的：
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 9页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室二,不可逆过程是相互沟通的热二律的开氏表述功全部转换成热而不产生其它影响的过程是不可逆的热二律的克氏说法 有限温差热传导不可逆功,热转换的不可逆性热传导的不可逆性开氏,克氏表述的等价
（否则热全部转换为功而不产生其它影响成立，
这就违背了热二律的开氏说法。）
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 10页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室实际上,一切不可逆过程都是相互沟通的。
功变热而不产生其他影响之不可逆（开氏表述）
气体自由膨胀之不可逆等价绝热壁
A=QQ TT
气体
A=Q
T
Q
循环,无变化气体证明：
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！
设气体能自动收缩不成立不成立可导出例如：
导致气体 T
例如：
重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。
水冷却使叶片旋转，
从而提升重物，则不可能自然进行。
· ·
水 叶片重物 重物绝热壁焦耳热功当量实验第七章§ 7-6 热力学第二定律第 2页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室过程的 唯一 效果 能否发生热功转换功 热功热
√
热传导高温 热量 低温高温热量低温
√
气体扩散分离 混合分离混合
√
一些自然过程的方向：
全部全部第七章§ 7-6 热力学第二定律第 3页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室热力学第二定律热力学第二定律 是关于 自然过程方向的一一,热力学第二定律的两种表述：
1.开氏表述 （ Kelvin,1851）：
其 唯一 效果是热量 全部 转变为功的过程是不可能的。 A= Q
Q
T
1
第二类永动机条基本的、普遍的定律。
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 4页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
A = Q
V1
T Q
V2
左图所示过程是思考开氏表述的另种说法：
2,克氏表述 （ clausius,1850）,
热量不能自动地 从低温物体传向高温物体
Q
T1（ 高 ）
T2（ 低 ）
w
否违反热力学第二定律？
不存在第二类永动机第七章§ 7-6 热力学第二定律第 5页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室二,两种表述的等价性
1,若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。
反证法：
克氏表述成立开氏表述成立等价设开氏表述不成立则克氏表述不成立
（自证）2,若开氏表述成立，则克氏表述也成立。
A=Q1
T1
Q1
T1
T2
Q2
Q1+Q2
T2
Q2
Q1
T1
A
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 6页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
[例 ],试证明在 p? V图上任意物质的 一条等温证,用反证法,设等温线和绝热线能相交两次。
绝热线
（等 S 线）
等温线
Q
A = Q
p
V
则如图示，可构成一个单热库热机，从而违反热力学第二定律的开氏表述，
故假设不成立。
线和一条绝热线不能相交两次。
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 7页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室过程的可逆性一,定义
1.可逆过程 （ reversible process）：
其结果（系统和外界的变化）可以完全
（准静态、无摩擦的过程）被消除的过程。
一般地说，如果过程进行的每一步都仅使外界条件改变一个无穷小的量，那么这个过程就是可逆的。
（其结果是系统和外界能同时回到初态）。
可逆过程必然是可以沿原路径反向进行的第七章§ 7-6 热力学第二定律第 8页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室
2,不可逆过程 （ irreversible process）：
其结果不能完全被消除的过程。 例如：
有限温差热传导，
,一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆,
八宝山
,今天的你我怎能重复昨天的故事 !”
生命过程是不可逆的：
出生?童年?少年?青年?中年
—— 不可逆！
老年气体自由膨胀?摩擦生热，
正如一首歌中唱的：
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 9页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室二,不可逆过程是相互沟通的热二律的开氏表述功全部转换成热而不产生其它影响的过程是不可逆的热二律的克氏说法 有限温差热传导不可逆功,热转换的不可逆性热传导的不可逆性开氏,克氏表述的等价
（否则热全部转换为功而不产生其它影响成立，
这就违背了热二律的开氏说法。）
第七章§ 7-6 热力学第二定律第 10页2009年 7月 31日星期五 中南林业科技大学理学院物理教研室实际上,一切不可逆过程都是相互沟通的。
功变热而不产生其他影响之不可逆（开氏表述）
气体自由膨胀之不可逆等价绝热壁
A=QQ TT
气体
A=Q
T
Q
循环,无变化气体证明：
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！
设气体能自动收缩不成立不成立可导出例如：
导致气体 T
