选修3-3《4热力学第二定律》公开课PPT课件优质课下载

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对外做功的机械装置

从1794年到1840年，热机效率仅由3%提高到8%，在生产需要的推动下，不少科学家和工程师开始理论上研究热机的效率.

法国工程师卡诺从理论上研究了一切热机的效率问题，蒸汽机原则上产生的机械功依赖于锅炉与冷凝器的温度差以及工作物质从锅炉吸收的热量.

设克劳修斯的表述不对。即假设热量可以通过某种方式由低温热源传到高温热源而不产生任何影响。那么，可以在高温热源和低温热源之间设计一个热机，令它在一循环中从高温内热源吸取热量Q，一部分用来对外做功W，另一部分Q’在低温热源处释放。总的结果是：高温热源没有发生任何变化，而只是从单一的低温热源处吸热Q-Q’，并全部用来对外做功W.违反开尔文表述。上述热机能够实现，如果克劳修斯表述不对，开尔文表述也不对。

设开尔文表述不对，能设计出热机，从高温热源吸热Q全部用来对外做功，而不产生其他影响。这样可以利用功W去驱动在高温热源和低温热源工作的制冷机，在低温热源吸热Q2，在高温热源放热Q1=Q2+W。两部热机联合效果等价于一部热机，从低温热源吸热Q2，在高温热源放热Q2。此外没有其他任何变化。违反克劳修斯表述。如果开尔文表述部队，那么克劳修斯表述也不对。

热力学第二定律只对有限范围内的宏观过程成立，不适用于少量分子的微观体系，也不适用无限的宇宙.

热力学第二定律

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一、自然过程的方向性

1．热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从 高温物体 传给低温物体，而低温物体不可能 自发地 将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须第三者的介入，因而产生其他影响或引起其他变化。

2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会 自发地 分开而成为两种不同的气体。

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3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来摩擦生热传递出去的 热量 后，在地面上重新运动起来。

4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体 自发地 从容器中流出，容器变为真空。

5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是 不可逆 的。

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二、热力学第二定律

1．定义：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。

2．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：不可能从单一热源 吸收热量 ，使之完全变成功，而不产生其他影响。

(3)其他表述：对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如，热力学第二定律可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。

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