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热力学第二定律和卡诺定理
一. 热力学第二定律的两种表述
不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不放出热量给其它物体。
不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。
Kelvin 表述：
Clausius 表述：
热功转换过程具有方向性（不可逆）。
热传导过程具有方向性（不可逆）。
自然界的自发过程都具有方向性（不可逆性）！
热力学第二定律和卡诺定理
摩擦生热
自然界的自发过程具有方向性（不可逆性）
热传导
气体的扩散
生命的成长与衰老
覆水难收、木已成舟
不同气（液）体的混合
地球生物的进化
宇宙的进化
热力学第二定律 卡诺定理
注 意
1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结.
3 热力学第二定律可有多种表述，每一种表述都反映了自然界过程进行的方向性.
2 热力学第二定律的开尔文表述与克劳修斯表述具有等效性 .
热力学第二定律 卡诺定理
（1）考虑系统从状态A到状态B的过程，若当系统从B回复到A时，外界也同时复原，则称该过程为可逆过程；如果外界不能同时复原，就为不可逆过程。
② 无能量耗散（无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功）。
① 准静态过程（无限缓慢的过程）；
二. 可逆过程 不可逆过程
（2）可逆过程的条件：
（3）自然界的一切自发过程都是不可逆的！
② 非准静态过程。
① 有能量的耗散（摩擦把机械能转化为热能）；
因此可逆过程是理想情况，是实际过程的近似！
热力学第二定律 卡诺定理
（1）可逆循环 可逆机
三. Carnot定理
循环无限缓慢、无摩擦地进行，且正循环所产生的（外界、系统）变化能够被其逆循环完全复原。
以可逆循环工作的机器是可逆机。
（2）卡诺定理
① 工作在相同高温热源和低温热源之间的任意工作物质的可逆机都具有相同的效率；
② 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率.
热力学第二定律 卡诺定理
尽可能提高高温热源的温度或降低低温
热源的温度；
答案：
热机效率的极限：
卡诺定理指出了提高热机效率的方法：
使热机尽可能接近可逆机,使热力学过程
尽可能接近可逆循环过程；
问题：
1. 热力学第二定律解决了为什么热机的效率达不到100％，能不能从物理上找到提高热机效率的办法？
问题：
2.自然界的自发过程都具有方向性（不可逆性），能不能从物理上给出定量的描述？
卡诺热机：
态函数----熵(entropy)的引入
结论：卡诺循环中，热温比总和为零
热温比
等温过程中吸收的热量与热源温度之比
A
B
C
D
一微小可逆卡诺循环
对所有微小循环求和
时，则
结论：对任意可逆循环过程，热温比之和为零
任意可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成
克劳修斯等式
（可逆过程）
A
B
C
D
可逆过程：
在可逆过程中，系统从状态A变化到状态B，其热温比的积分只决定于始末状态，而与过程无关. 据此可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称为熵.
热力学系统从初态 A 变化到末态 B ，系统熵的增量等于初态 A 和末态 B 之间任意一可逆过程热温比（ ）的积分.
物理意义
（可逆过程）
熵的单位：J/K
无限小可逆过程：
对不可逆循环有：
二 熵变的计算
（1）熵是态函数，与过程无关. 因此, 可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变 .
（2）当系统分为几个部分时， 各部分的熵变之和等于系统的熵变 .
Clausius不等式

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