热力学第二定律热力学第二定律第五节第五节 一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热？功是否可以全部变为热？一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热？功是否可以全部变为热？可以。可以。一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热？功是否可以全部变为热？热是否可以全部变为功？热是否可以全部变为功？可以。可以。一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热？功是否可以全部变为热？热是否可以全部变为功？热是否可以全部变为功？可以。可以。有条件。有条件。一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机？(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热？功是否可以全部变为热？热是否可以全部变为功？热是否可以全部变为功？热力学第二定律的热力学第二定律的开耳芬开耳芬(Kelven)叙述：叙述：可以。可以。有条件。有条件。一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于第一定律指出不可能制造成功效率大于一的热机。一的热机。问题：问题：能否制造成功效率等于一的热机能否制造成功效率等于一的热机(也就是热将全部变功的热机也就是热将全部变功的热机)功是否可以全部变为热功是否可以全部变为热？热是否可以全部变为功？热是否可以全部变为功？热力学第二定律的热力学第二定律的开耳芬开耳芬(Kelven)叙述：叙述：不可能制造成功一种不可能制造成功一种循环动作循环动作的机器，的机器，它只从它只从单一单一热源吸热使之热源吸热使之全部全部变为功而对外变为功而对外界不发生任何影响。界不发生任何影响。可以。可以。有条件。有条件。？一、热力学第二定律的表述一、热力学第二定律的表述 热力学第二定律的热力学第二定律的克劳修斯克劳修斯(Clausius)叙述：叙述：热量不可能热量不可能自动地自动地从低温热源传给高从低温热源传给高温热源。温热源。热量热量直接直接从低温物体传到高温物体是不从低温物体传到高温物体是不可能的。但借助于某种循环动作的机器可能的。但借助于某种循环动作的机器（致冷机）可使热量（致冷机）可使热量间接间接从低温物体传到从低温物体传到高温物体。但此时外界必须作功，即外界高温物体。但此时外界必须作功，即外界发生变化。因此这就不是热量发生变化。因此这就不是热量自动地自动地从低从低温热源传给高温热源。温热源传给高温热源。自动的含义：自动的含义：违背了克劳修斯叙述也违背了克劳修斯叙述也就是违背了开耳芬叙述就是违背了开耳芬叙述TT12QQ22ETT122QQQQ11222A=QQEB违背了克劳修斯叙述也违背了克劳修斯叙述也就是违背了开耳芬叙述就是违背了开耳芬叙述违背了开耳芬叙述也就违背了开耳芬叙述也就是违背了克劳修斯叙述是违背了克劳修斯叙述TT112QQ1122QQA=QCD+热力学第二定律反映自然界过程进行的热力学第二定律反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，即方向和条件的一个规律，即过程的方向性过程的方向性。热力学第二定律反映自然界过程进行的热力学第二定律反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，即方向和条件的一个规律，即过程的方向性过程的方向性。热力学中把热力学中把功功和和热量热量传递方式加以区别传递方式加以区别就是因为就是因为热量具有只能自动从高温物体传向热量具有只能自动从高温物体传向低温物体的方向性。低温物体的方向性。热力学第二定律反映自然界过程进行的热力学第二定律反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，即方向和条件的一个规律，即过程的方向性过程的方向性。热力学中把热力学中把功功和和热量热量传递方式加以区别传递方式加以区别就是因为就是因为热量具有只能自动从高温物体传向热量具有只能自动从高温物体传向低温物体的方向性。低温物体的方向性。任何一种不可逆过程的说法，都可作为任何一种不可逆过程的说法，都可作为热力学第二定律的一种表述，它们都是热力学第二定律的一种表述，它们都是等价等价的的 第一定律说明在任何过程中能量必须守恒第一定律说明在任何过程中能量必须守恒第二定律却说明并非所有能量守恒的过程均能第二定律却说明并非所有能量守恒的过程均能实现。实现。自然界一切自发过程进行的方向和条件自然界一切自发过程进行的方向和条件（可逆与不可逆）是第二定律研究的内容。（可逆与不可逆）是第二定律研究的内容。第二定律指出自然界中出现的过程是有方第二定律指出自然界中出现的过程是有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一方向的过程则不能实现。在热力学中，第二定律向的过程则不能实现。在热力学中，第二定律和第一定律相辅相成，缺一不可。和第一定律相辅相成，缺一不可。两定律的区别与联系：两定律的区别与联系：二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，气体能自动地向真空膨胀，二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，但气体不能气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。自动收缩。二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，但气体不能气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。自动收缩。以上事实表明热力学过程进行具有方向以上事实表明热力学过程进行具有方向性。性。二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，但气体不能气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。自动收缩。以上事实表明热力学过程进行具有方向以上事实表明热力学过程进行具有方向性。性。热力学过程的初态和终态之间存在重大热力学过程的初态和终态之间存在重大性质的差别。性质的差别。二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，但气体不能气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。自动收缩。以上事实表明热力学过程进行具有方向以上事实表明热力学过程进行具有方向性。性。热力学过程的初态和终态之间存在重大热力学过程的初态和终态之间存在重大性质的差别。性质的差别。系统的这种性质可以用一个物系统的这种性质可以用一个物理量理量二、克劳修斯等式克劳修斯等式 二、克劳修斯等式克劳修斯等式 根据热力学第二定律，一切与热现象有根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。关的实际过程都是不可逆的。高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。气体能自动地向真空膨胀，但气体不能气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。自动收缩。以上事实表明热力学过程进行具有方向以上事实表明热力学过程进行具有方向性。性。热力学过程的初态和终态之间存在重大热力学过程的初态和终态之间存在重大性质的差别。性质的差别。系统的这种性质可以用一个物系统的这种性质可以用一个物理量理量态函数态函数熵熵 来描写。来描写。卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：Q卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1Q卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1T1T2T1Q0卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1T1T2T1Q=1T1Q2T2Q0卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1T1T2T1Q=1T1Q2T2如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：Q0卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1T1T2T1Q=1T1Q2T2如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：0Q=1T1Q2T2+Q0卡诺热机的效率为：卡诺热机的效率为：=1Q2Q1T1T2T1Q=1T1Q2T2如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：0Q=1T1Q2T2+此式的意义是此式的意义是在卡诺循环中量在卡诺循环中量QT的总和等的总和等于零于零。对于任意一个