最后更新: 2024-12-19 16:02 查看: 224 次反馈刷题

热力学第二定律

在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（second law of thermodynamics）。
热力学第二定律的克劳修斯表述 德国物理学家克劳修斯在1850年提出：**热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述**

这里阐述的是热传递的方向性。在这个表述中，“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的

在电冰箱的实例中，热量的确从低温物体——冰箱内 的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但是这不是 自发的过程，这个过程必须有第三者的介入 ：必须开动冰 箱的压缩机。如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自 发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温 食品（图 3.4-1）
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**热力学第二定律的开尔文表述**

从能量的角度看, 热机的工作分为两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能; 第二个阶段是工作物质对外做功, 把自己的内能变成机械能。

热机工作时从高温热库吸收的热量 $Q$, 只有一部分用来做功 $W$, 转变为机械能, 另一部分热量要排放给低温热库 (冷凝器或大气) (图 3.4-2)。也就是说, 热机在工作过程中必然排出部分热量, 热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量, 即

$$
W < Q
$$

热机工作时通常会产生漏气热损、散热热损和摩擦热损等热量损失 (图 3.4-3)。如果没有漏气和摩擦, 也没有机体热量的损失, 燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能, 工质吸收的热量不会全部变成功, 例如, 汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高, 它会向空气散热。
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于 1851 年提出了热力学第二定律的另一种表述 : 不可能从单一热库吸收热量, 使之完全变成功, 而不产生其他影响。

这里所说 “不可能从单一热库吸收热量”, 意思是 : 不仅要从一个热库吸热, 而且一定会向另一个热库放热。

热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性: 机械能可以全部转化为内能, 而内能无法全部用来做功以转换成机械能。例如, 两个相互接触并做相对运动的物体, 由于摩擦而静止下来, 它们在这个过程中消耗的机械能可以全部转化为内能; 但相反的过程不可能自发进行而不产生其他影响。

## 总结
1.热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：热量不能自发地 从低温物体传到高温物体.
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.或表述为“  第二类 永动机是不可能制成的”.
2.热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序度  增大的方向进行.
3.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律.

1.可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功.(　对　)
2.热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化.(　错　)
3.热量不可能从低温物体传给高温物体.(　错　)

1.热力学第二定律的含义
(1)“自发地”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助.
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等.在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能.

2.热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.

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 3.两类永动机的比较
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`例`(多选)下列说法正确的是
A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B.自发的热传导是不可逆的
C.可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D.气体向真空膨胀具有方向性
解：有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；
由热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确；
不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；
气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D正确.

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