熱力學第二定律

1樓：杞懋尹永康

大意都是熱不能從低溫處向高溫處白白地不耗能地轉移過去。

你看這句

熱不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體

就是這個意思。

看下句不可能從單一熱源取熱，把它全部變為功而不產生其他任何影響

從熱源取熱，是什麼？是從熱源吸熱必然有一部分熱量要自動流向周圍的低溫物體，所以要使之完全變為功是不可能的。

這裡有一段話，挺好的給你看看

熱力學第二定律的表述主要有兩種；

(1)克勞修斯說法：「熱量不能自動從低溫物體流向高溫物體」。

(2)開爾文說法：「不可能從單一熱源吸熱使之完全變為功，而無其它變化」。

實際上兩種表述是統一的，可以統一敘述為「熱量不能自動從低溫物體流向高溫物體，但是會自動從高溫物體流向低溫物體。」克勞修斯說法自然包含在其中了，開爾文說法也可以得到解釋，即從熱源吸熱必然有一部分熱量要自動流向周圍的低溫物體，所以要使之完全變為功是不可能的。

實際上熱力學第二定律可以從統計物理學的角度說明。

眾所周知，溫度是物體內部分子熱運動劇烈程度的度量，溫度越高的物體，內部的分子熱運動就越劇烈，所以當高溫物體與低溫物體接觸，它們內部的分子就會碰撞和發生分子間作用力，熱運動劇烈的分子會通過碰撞和分子間作用力等途徑把能量傳遞給熱運動劇烈程度低的物體，最終使兩種物體分子的熱運動劇烈程度趨於一致。

當然分子的熱運動劇烈程度不可能真的一致，這是一個統計學的概念，就是說分子熱運動劇烈程度本來差異很大，而最後熱運動劇烈程度在某一個範圍內的分子特別多，佔了絕大多數。這時也就是通常所說的達到熱平衡了，分子間仍然發生碰撞和分子間作用力作用，但是統計學意義上的分子熱運動平均劇烈程度是不變的。

2樓：匿名使用者

你確定是「系統的熵不會增加而不產生其他影響」而不是「系統的熵不會減小而不產生其他影響」嗎

熱力學的很多公式都是從統計熱力學推過來的，包括理想氣體的所有公式。咱說說統計熱力學。

統計熱力學從熵下手，放之四海而皆準而且最重要的公式(沒有之一)就是s=k*lnω。其中s是熵，k是波爾茲曼常數=1.3807e-23j/k，ω是系統可能的狀態個數。

然後就提出了很多模型，最簡單的一個就是假設系統中每個分子都有兩個能級，基態和激發態，基態能量0，激發態能量ε。如果有5個分子，1個是激發的，那可能是5個分子中的任意一個處於激發態，ω=5。比如現在有n個分子，其中有m個是激發的。

用排列組合算一下，ω=n!/m!/(n-m)!。

s=k*ln(n!/(m!*(n-m)!

))。系統的內能是m個激發*激發能ε=m*ε。

我覺得我需要長篇大論了。。。還不一定說得清楚

如果現在有兩坨東西，每坨都是n個分子，但是激發態的分子數不一樣，分別是m1和m2。如果他們都是一樣的分子那比熱也就一樣，說起來還簡單一些。

熱力學第一定律說的是內能是守恆的，也就是那個m1+m2是守恆的。熱力學第二定律說的是m1和m2會趨於平均。我們來算一下m1和m2是平均的時候熵大還是不平均的時候熵大。

（結論當然是平均的時候熵大）證明太麻煩，代進兩個數試試得了。假設n=10，m1=4，m2=2，這時候s=k*ln(10!/(4!

*6!))+k*ln(10!/(2!

*8!))=9.15*k。

如果m1=3，m2=3，再算一遍熵s=k*ln(10!/(3!*7!

))+k*ln(10!/(3!*7!

))=9.57*k。發現熱平衡的時候熵大了。

至於熵和溫度的關係。溫度的定義是1/t=∂s/∂u。u=m*ε，所以1/t=(∂s/∂m)/ε。

用泰勒留第一項，可以認為ln(x!)=x*ln(x)-x。所以1/t=k*ln((n-m)/m)/ε。

你會發現m

需要說明的是m不能大於n/2，也就是激發態不能大於基態。如果激發態數目大於基態數目，這種狀態叫粒子反轉。如果你學過鐳射原理的話就知道這是產生鐳射的四大條件之一，在正常條件下是不會發生的。

粒子反轉情況下溫度是負的，負開爾文溫度是高於正無窮開爾文溫度的。

我說了好多。如果你是初中生那我就無語了

3樓：

[編輯本段](1)概述

①熱不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化,這是按照熱傳導的方向來表述的)

②不可能從單一熱源取熱，把它全部變為功而不產生其他任何影響(這是從能量消耗的角度說的,它說明第二類永動機是不可能實現的。）

[編輯本段](2)說明

①熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一。它是關於在有限空間和時間內，一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。

上述(1)中①的**是克勞修斯(clausius)在2023年提出的。②的**是開爾文於2023年提出的。這些表述都是等效的。

在①的**中，指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉移，而不能由低溫物體自動向高溫物體轉移，也就是說在自然條件下，這個轉變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉過來，只有靠消耗功來實現。

在②的**中指出，自然界中任何形式的能都會很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說明了這種轉變在自然條件下也是不可逆的。熱機能連續不斷地將熱變為機械功，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明瞭過程進行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。

．②人們曾設想製造一種能從單一熱源取熱，使之完全變為有用功而不產生其他影響的機器，這種空想出來的熱機叫第二類永動機。它並不違反熱力學第一定律，但卻違反熱力學第二定律。有人曾計算過，地球表面有10億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低o.

25度，放出熱量，將能變成一千萬億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機是違反上述第二種**的，因此要想製造出熱效率為百分之百的熱機是絕對不可能的。

③從分子運動論的觀點看，作功是大量分子的有規則運動，而熱運動則是大量分子的無規則運動。顯然無規則運動要變為有規則運動的機率極小，而有規則的運動變成無規則運動的機率大。一個不受外界影響的孤立系統，其內部自發的過程總是由機率小的狀態向機率大的狀態進行，從此可見熱是不可能自發地變成功的。

④熱力學第二定律只能適用於由很大數目分子所構成的系統及有限範圍內的巨集觀過程。而不適用於少量的微觀體系，也不能把它推廣到無限的宇宙。

⑤根據熱力學第零定律，確定了態函式——溫度；

根據熱力學第一定律，確定了態函式——內能和焓；

根據熱力學第二定律，也可以確定一個新的態函式——熵。．可以用熵來對第二定律作定量的表述。

第二定律指出在自然界中任何的過程都不可能自動地復原，要使系統從終態回到初態必需藉助外界的作用，由此可見，熱力學系統所進行的不可逆過程的初態和終態之間有著重大的差異，這種差異決定了過程的方向，人們就用態函式熵來描述這個差異，從理論上可以進一步證明:

可逆絕熱過程sf=si，

不可逆絕熱過程sf>si，

式中sf和si分別為系統的最終和最初的熵。

也就是說，在孤立系統內對可逆過程，系統的熵總保持不變；對不可逆過程，系統的熵總是增加的。這個規律叫做熵增加原理。這也是熱力學第二定律的又一種表述。

熵的增加表示系統從機率小的狀態向機率大的狀態演變，也就是從比較有規則、有秩序的狀態向更無規則，更無秩序的狀態演變。熵體現了系統的統計性質。

第二定律在有限的巨集觀系統中也要保證如下條件：

1、該系統是線性的；

2、該系統全部是各向同性的。

另外有部分推論很有意思：比如熱輻射：恆溫黑體腔內任意任意位置及任意波長的輻射強度都相同，且在加入任意光學性質的物體時，腔內任意位置及任意波長的輻射強度都不變。

4樓：戎馳夏迎天

熱力學第二定律　　①熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一，是指熱永遠都只能由熱處轉到冷處(在自然狀態下)。它是關於在有限空間和時間內，一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。

上述(1)中①的**是克勞修斯(clausius)在2023年提出的。②的**是開爾文於2023年提出的。這些表述都是等效的。

在②的**中指出，自然界中任何形式的能都會很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說明了這種轉變在自然條件下也是不可逆的。熱機能連續不斷地將熱變為機械功[1]，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明瞭過程進行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。

④熱力學第二定律只能適用於由很大數目分子所構成的系統及有限範圍內的巨集觀過程。而不適用於少量的微觀體系，也不能把它推廣到無限的宇宙。

⑤根據熱力學第零定律，確定了態函式——溫度；

根據熱力學第一定律，確定了態函式——內能和焓；

根據熱力學第二定律，也可以確定一個新的態函式——熵。可以用熵來對第二定律作定量的表述。

熱力學第二定律過程　　第二定律指出在自然界中任何的過程都不可能自動地復原，要使系統從終態回到初態必需藉助外界的作用，由此可見，熱力學系統所進行的不可逆過程的初態和終態之間有著重大的差異，這種差異決定了過程的方向，人們就用態函式熵來描述這個差異，從理論上可以進一步證明:

可逆絕熱過程sf=si，

不可逆絕熱過程sf>si，

式中sf和si分別為系統的最終和最初的熵。

條件　　第二定律在有限的巨集觀系統中也要保證如下條件：

1、該系統是線性的；

2、該系統全部是各向同性的。

另外有部分推論很有意思：比如熱輻射：恆溫黑體腔內任意位置及任意波長的輻射強度都相同，且在加入任意光學性質的物體時，腔內任意位置及任意波長的輻射強度都不變。

編輯本段熱力學第二定律與時間的單方向性　　所有不涉及熱現象的物理規律均時間反演對稱,

它們沒有對時間的方向作出規定.

所謂時間反演,

通俗地講就是時光倒流;

而物理定律時間反演對稱則指,

經過時間反演後,

該定律依然成立.

以牛頓定律為例,

它是時間反演對稱的.

不妨考察自由落體運動:

一物體由靜止開始,

在重力作用下自由下落,

其初速度v(0)=0,

加速度a=g,

設其末速度為v(t),

下落高度為h.

現進行時間反演,

則有其初速度v'(0)=-v(t),

加速度a'=g,

末速度v'(t)=v(0),

上升高度為h,

易證這依然滿足牛頓定律.

但熱現象則不同,

一杯水初始溫度等於室溫,

為t(0),

放在點燃酒精燈上,

從酒精燈火焰吸收熱量q後溫度為t(t).

現進行時間反演,

則是水的初溫為t'(0)=t(t),

放在點燃酒精燈上,

放出熱量q給酒精燈火焰,

自身溫度降為t'(t)=t(0).

顯然這違背了熱力學第二定律關於熱量只能從高溫物體傳向低溫物體的陳述.

故熱力學第二定律禁止時間反演.

在第一個例子中,

如果考慮到空氣阻力,

時間反演後也會與理論相悖,

原因在於空氣阻力做功產生了熱.

編輯本段熱力學第二定律單方性　　熱力學第二定律體現了客觀世界時間的單方向性,

這也正是熱學的特殊性所在.

熱力學第二定律是熱力學定律之一，是指熱永遠都只能由熱處轉到冷處。

2023年法國工程師薩迪·卡諾提出了卡諾定理，德國人克勞修斯（rudolph

clausius）和英國人開爾文（lord

kelvin）在熱力學第一定律建立以後重新審查了卡諾定理，意識到卡諾定理必須依據一個新的定理，即熱力學第二定律。他們分別於2023年和2023年提出了克勞修斯表述和開爾文表述。這兩種表述在理念上是相通的。

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