2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：可逆過程與不可逆過程

1、可逆過程與不可逆過程準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程 可逆過程 : 在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài), 而不引起其他變化, 這樣的過程叫做可逆過程 . 可逆過程與不可逆過程熱力學(xué)第一定律有兩方面的問題沒有涉及到：機(jī)械能摩擦生熱熱量100%熱機(jī)40%要判定此問題，需要用一個新的定律-熱力學(xué)第二定律才能解決。其一，熱力學(xué)第一定律強(qiáng)調(diào)的是能量上的守恒，沒有考慮到不同類型能量在做工能力上的差別；例如：同樣數(shù)量的機(jī)械能與熱能其價值并不相同。其二，熱力學(xué)第一定律不能判斷熱力學(xué)過程的方向性。事實(shí)表明任何熱力學(xué)過程都具有方向性 可以自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)過程，而其反方向過程則不能自發(fā)進(jìn)行。自然過程的

2、方向自發(fā)過程： 在一定條件下，某種變化有自動發(fā)生的趨勢，一旦發(fā)生就無需借助外力，可以自動進(jìn)行，這種變化稱為自發(fā)過程。如： (1) 熱由高溫物體傳給低溫物體。 若 T1 T2 ，AB 接觸后，熱量自動由 A 流向 B。最后兩者溫度相等。 相反的過程，熱量自動由低溫物體流到高溫物體，使熱者愈熱，冷者愈冷，這種現(xiàn)象從未發(fā)生過。ABT1 T2（2）高壓氣體向低壓氣體的擴(kuò)散。 若 p1 p2 ，打開活塞后，A 球中氣體自動擴(kuò)散到 B 球。Ap1p2B 相反的現(xiàn)象：“低壓球中氣體向高壓球擴(kuò)散，使壓力低的愈低，壓力高的愈高”，從未發(fā)生過。（3）鋅與硫酸銅溶液的化學(xué)反應(yīng)： 將鋅粒放在硫酸銅溶液中，Zn可自動將

3、Cu2+還原為金屬銅，相反的過程，即將Cu放入硫酸鋅，卻不能自動將Zn2+還原為鋅。 從以上熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)的四個例子可見，在自然條件下，從某一狀態(tài)到另一種狀態(tài)的變化能否自發(fā)進(jìn)行是有方向的。 要使自發(fā)過程的逆過程能夠進(jìn)行,必須讓環(huán)境對系統(tǒng)作功。自發(fā)過程逆向進(jìn)行必須消耗功例如： 用冷凍機(jī)就可以將熱由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體； 用壓縮機(jī)就可將氣體由低壓容器抽出，壓入高壓容器； 用銅與硫酸銅溶液作正極，鋅與硫酸鋅溶液為負(fù)極，通直流電就可實(shí)現(xiàn) Cu + Zn2+ Cu2+ + Zn 的反應(yīng)。 非準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程 . 不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者

4、雖能重復(fù)但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程. 準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程 . 可逆過程的條件 例如：有限溫差熱傳導(dǎo)，氣體自由膨脹 摩擦生熱，氣體的自由膨脹是不可逆的.“一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都不可逆”八寶山生命過程是不可逆的：出生童年少年青年中年 不可逆！老年實(shí)際上，一切不可逆過程都是相互溝通的。 落葉永離，覆水難收，人生易老，逝者如斯！熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律是關(guān)于自然過程方向的一條基本的、普遍的定律。（一） 熱力學(xué)第二定律的兩種表述： 1.開氏表述（Kelvin， 1851）： 其唯一效果是熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程

5、是不可能的。A = QQT第二類永動機(jī)開氏表述的另種說法：2.克氏表述（clausius，1850） ： 熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體Q T1（高） T2（低）不存在第二類永動機(jī) 兩種表述的等價性 1. 若克氏表述成立，則開氏表述亦成立。反證法：克氏表述成立開氏表述成立等價設(shè)開氏表述不成立則克氏表述不成立（自證）2. 若開氏表述成立，則克氏表述也成立。A=Q1T1Q1 T1T2Q2Q1+Q2 T2 Q2Q1T1A說 明(2)熱力學(xué)第二定律的各種表述在本質(zhì)上是等價的，由一種表述的正確性可推出另外一種表述的正確性。(3)熱力學(xué)第二定律是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的總結(jié)。它不能被任何方式加以證明，其正確性只能由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來檢驗(yàn)。 (4)熱力學(xué)第二定律的現(xiàn)代表述源于卡諾的專著 “Reflexions on Motive Work of Fire”， 25 年后由 Clausius 和 Kelvin 給出的。(1)熱力學(xué)第二定律深刻揭示了熱和功的辯證關(guān)系： 功可以全部轉(zhuǎn)化為熱而不留下其它變化，而熱卻不能全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其它變化。熱和功的轉(zhuǎn)化是不可逆的，有方向的。例. 試證明在 p V圖上任意物質(zhì)的一條等溫證：用反證法，設(shè)等溫線和絕熱線能相交兩次。絕熱線（等 S 線）等溫線QA = Q pV