热力学第二定律也是熵增定律。一个封闭的环境中,熵是不断增加的,秩序是从有序到无序的。很多企业现在在企业管理的核心理念会用到热力学第二定律,比如华为的熵减文化。
热力学第二定律_热力学第二定律公式
热力学第二定律_热力学第二定律公式
一滴可溶于水的墨水滴在水里,墨水会迅速均匀散开。一热一冷的两个铁块贴在一起,热的铁块会迅速将热量传导给冷的铁块,终达到相同的温度。
为什么墨水滴进水里后,没有分布成其他特殊形状,也不会变回原来的墨水滴? 而两个铁块也不会出现热的更热,冷的更冷,或交替变热的情况呢?
就像苹果是掉到地上,而不是飞到天上一样,这种看起来理所应当的现象,背后往往隐藏着我们这个世界基本的规律。我们刚刚提到的墨水和铁块的例子,所遵循的就是热力学第二定律,也就是我们今天的主题。
我们都知道,我们生活的世界,是由一个个做无规则运动的微小粒子组成的。粒子们运动得越剧烈,它们组成的物体温度越高。
克劳修斯对热力学第二定律的表述,说的就是热量从高温到低温这种温度传导的方向性。
而热力学第二定律真正的内涵,并不仅仅是热量传导的方向性,而是一个颇有哲学意味的结论—— 事物会自发地向混乱、无序的方向发展。
我们刚才说到的铁块一冷一热,本身就是一种秩序,两个铁块终变成相同温度,其实也就是打破了原式中C是积分常数。若Ω=1时,S=0,则上式变成来的秩序;同样的,一滴墨水和一杯清水,也是一种秩序,墨水滴到水里散开,也就是打破了秩序,向混乱和无序发展。
宇宙真的就毫无理由地偏爱混,偏爱无序吗?
想回答这背后真正的奥秘,需要用统计学的工具。
我们来做一个有趣的数学 游戏 。想象你面前有两个箱子,你手里有四个小球,可以将每个球放到任意一个箱子里。每次放球,都是完全的,随机的。
通过简单的计算就会发现,四个球全都装在箱子A或B的概率,各是1/16;一三分,或三一分的概率则各是4/16;两个箱子各有2个球的概率是6/16。
……
不难想象,如果小球数量极大极大,那么在两个箱子的均匀分布,就几乎是一个必然。
以上,就是我们所做的数学 游戏 。
现在我们联想一下开头的那个实验。滴入水中的颜料分子,就是数量巨大的“小球”,这些小球在水杯中的运动接近于完全随机,而水杯中的不同区域,就是一个个虚拟的“箱子”。
基于我们以上的计算, 任意在水杯中选取两个体积相同的区域,颜料分子有极大的概率在这两个区域的分布量基本相等。 这也解释了我们开头所说的,墨水为什么会在水中均匀散开。
热可以看出来,两个箱子里球的数量,有较大的概率是接近的,较小概率会相很大。如果我们将球的总数不断增加,会越来越明显地看到这个趋势。力学第二定律有两种表述
1、按传热的方向性表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
2、按机械能和内能的转化方向性表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
以上两种表述是等价的,都揭示了自然界的基本规律:一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的
1、热力学第二定律的实质是能量的传递方向,自然界中自发的过程是有方向的。
定量描述无序的状态函数——熵,可以解释之。2、例如能量的传递(自发过程),当然,还有物质上的关系——熵增,即自然界的物质都在向无序方向发展。所以说,热力学第二定律是一个很重要也很基本的原理,是不能被违反的。
热现象涉及到大量粒子的无规运动。无规运动并不是完全"无规"的,热现象要满足一定的"规律"。第二定律不是经验的总结,"唯象" 的描述。第二定律的物理本质要通过"微观"或统计的描述来理解。
气体吸热膨胀推动活塞时 没有低温热源也不行功变热:机械能转变为热能,微观上是大量分子的有序运动向无序运动转化。
热传递:大量分子的无序运动由于热传递而增大。
气体绝热自由膨胀:分子运动状态更加无序。
“热传递的话、从高温物体传递到低温物体、那么低温物体变得更加无序、而高温物体不是此即Boltzmann定理的数学表达式。由式可见,熵是体系微观状态数的一种量度。微观状态数Ω较少的状态对应于较有序的状态,反之,Ω值大的状态对应于较无序的状态。因此,微观状态数Ω的大小反映了体系有序程度的大小,亦即熵是体系有序程度或混乱程度的量度。当Ω=1时,只有一个微观状态,体系为有序,混乱程度为零,熵值为零。基于以上讨论,我们可以作如下表述:在孤立体系中,自发变化的方向总是从较有序的状态向较无序的状态变化,即从微观状态数少的状态向微观状态数多的状态变化,从熵值小的状态向熵值大的状态变化,这就是热力学第二定律的本质。变得更加有序了么”
由统计热力学原理可知,粒子体系的内能为U = ∑ni∈i,当封闭体系经历了一个可逆变化后,内能的变化为具体参看:
热力学公式是△U=Q-W。
是这样的,但是作为一个系统,它变无序或者不变了。热力学是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科。属于物理学的分支,它与统计物理学分别构成了热学理论的宏观和微观两个方面。
热力学定律:能量守恒定律在热学形式的表现。
热力学第二定律:力学能可全部转换成热能, 但是热能却不能以有限次的实验作全部转换成功 (热机不可得)。
热力学第三定律:零度不可达到但可以无限通常是将热力学定律及第二定律作为热力学的基本定律,但有时增加能斯特定理当作第三定律,又有时将温度存在定律当作第零定律。趋近。
热力学第零定律用来作为进行体系测量的基本依据,其重要性在于它说明了温度的定义和温度的测量方法。
热力学第二定律是在能量守恒定律建立之后,在探讨热力学的宏观过程中而得出的一个重要的结论。
热力学有三大基本定律,在地球化学研究中应用得较多的是热力学定律和热力学第二定律。
你的解释是错的,当然就会造成与实验矛盾了。热力学定律的数学表达式是:
式中:Q为由系统和环境间的温度引起的能量交换形式;△U为系统内能的改变值;A为系统与环境交换的功,热力学中的功包括体积功和非体积功(如表面功和电功)。从式(4.1)中可以看出,体系从外界交换获得的热能除了消耗于体系与外界交换能量时所做的功外,全部转化为内能。热力学定律的实质是:能量不论是从一个物体传给另一个物体,或者从一种形式转化成另一种形式,其总量不变,这就是能量守恒(和能量转化)定律。
式中:η为有效工作系数;Q1为高温热源提供的全部热量值;Q1-Q2为热量交换过程能转化成功的热量值;T1、T2分别为高温物体和低温物体的初始温度值。热力学第二定律的实质是:在热-功能量的转化中,功能全部转换成热,而热不能全部转换成功。在地球化学研究领域公式中△U是系统内能改变,Q是系统吸收的热量,W是系统对外做功。中,热力学第二定律及其派生的各类热力学参数计算式被广泛应用。
定律是能这里有一段话,挺好的给你看看量守恒
(6-79)热力系内物质的能量可以传递,其形式可以转换,在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变.
第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零.
联系方面大概都是和
一是描述能量守恒的规则 即类永动机不能成立
大意都是热不能从低温处向高温处白白地不耗能地转移过去。
你看这句
热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体
看下句
从热源取热,是什么?是从热源吸热必然有一部分热量要自动流向周围的低温物体,所以要使之完全变为功是不可能的。
热力热力学第二定律是阐明与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律。 热力学第二定律指明了自然界的热功转化中的普遍规律,学第二定律的表述主要有两种;
(1)克劳修斯说法:“热量不能自动从低温物体流向高温物体”。
(2)开尔文说法:“不可能从单一热源吸热使之完全变为功,而无其它变化”。
实际上两种表述是统一的,可以统一叙述为“热量不能自动从低温物体流向高温物体,但是会自动从高温物体流向低温物体。”克劳修斯说法自然包含在其中了,开尔文说法也可以得到解释,即从热源吸热必然有一部分热量要自动流向周围的低温物体,所以要使之完全变为功是不可能的。
实际上热力学第二定律可以从统计物理学的角度说明。
众所周知,温度是物体内部分子热运动剧烈程度的度量,温度越高的物体,内部的分子热运动就越剧烈,所以当高温物体与低温物体接触,它们内部的分子就会碰撞和发生分子间作用力,热运动剧烈的分子会通过碰撞和分子间作用力等途径把能量传递给热运动剧烈程度低的物体,终使两种物体分子的热运动剧烈程度趋于一致。
当然分子的热运动剧烈程度不可能真的一致,这是一个统计学的概念,就是说分子热运动剧烈程度本来异很大,而热运动剧烈程度在某一个范围内的分子特别多,占了绝大多数。这时也就是通常所说的达到热平衡了,分子间仍然发生碰撞和分子间作用力作用,但是统计学意义上的分子热运动平均剧烈程度是不变的。
这个是可以建立两个不同系统,可以完成两种形式的互相转化,详见物化教材
比如氯化钠的结晶,熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变,也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则,更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。是从无序向有序的转变,应该从外界吸收热量,用热力学第二定律解释应该是这样。
氯化钠从溶液态变成结晶是熵减小的过程,不会自发发生(即不受外界任何影响下不会发生),既然实际可以发生,必然结晶过程中受到了外界(溶剂、器皿以及周围的空气)影响。对于整个孤立系统(溶液、器皿和空气)总熵必然增大,外界的熵一定增加,并且比氯化钠熵的减小来的更大。外界可以近似为温度不变的恒温热源,故外界的熵增加,必然是从系统获得了热量引起的。所以结晶过程一定是放热的。
任何从无序变成有序的系统或一直能维持有序状态的系统(包括人和一切生物),都必须向外界放热,以克服自身永远存在的有序向无序变化的趋势。放热就是“转嫁危机”(让外界变得更加无序,以保持自己的有序)的手段。
1. 热力学第二定律
如有不明欢迎追问。在19世纪早期,不少人沉迷于一种神秘机械——类永动机的制造,因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来,之后不再需要任何动力和燃料,却能自动不断地做功.在热力学定律提出之前,人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论.直至热力学定律发现后,类永动机的神话才不攻自破.热力学定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现,它指明:热是物质运动的一种形式.这说明外界传给物质系统的能量(热量),等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和.它否认了能量的无中生有,所以不需要动力和燃料就能做功的类永动机就成了天方夜谭式的设想.热力学定律的产生是这样的:在18世纪末19世纪初,随着蒸汽机在生产中的广泛应用,人们越来越关注热和功的转化问题.于是,热力学应运而生.1798年,汤普生通过实验否定了热质的存在.德国医生、物理学家迈尔在1841?843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点,这是热力学定律的次提出.焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量,用实验确定了热力学定律,补充了迈尔的论证.在热力学定律之后,人们开始考虑热能转化为功的效率问题.这时,又有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功.这被称为第二类永动机.1824年,法国工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机.通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环(即卡诺循环)的研究,得出结论:热机必须在两个热源之间工作,热机的效率只取决与热源的温,热机效率即使在理想状态下也不可能的达到.即热量不能完全转化为功.1850年,克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理,指出:一个自动运作的机器,不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化,这就是热力学第二定律.不久,开尔文又提出:不可能从单一热源取热,使之完全变为有用功而不产生其他影响;或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围温度还低,从而获得机械功.这就是热力学第二定律的“开尔文表述”.奥斯特瓦尔德则表述为:第二类永动机不可能制造成功.在提出第二定律的同时,克劳修斯还提出了熵的概念S=Q/T,并将热力学第二定律表述为:在孤立系统中,实际发生的过程总是使整个系统的熵增加.但在这之后,克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中,认为在整个宇宙中热量不断地从高温转向低温,直至一个时刻不再有温,宇宙总熵值达到极大.这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移,此即“热寂论”.为了批驳“热寂论”,麦克斯韦设想了一个无影无形的精灵(麦克斯韦妖),它处在一个盒子中的一道闸门边,它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边,而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边.这样,一段时间后,盒子两边产生温.麦克斯韦妖其实就是耗散结构的一个雏形.1877年,玻尔兹曼发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系S=KlnQ,其中 K为 玻尔兹曼常数.1906年,能斯特提出当温度趋近于零度 T→0 时,△S / O = 0 ,即“能斯特热原理”.普朗克在能斯特研究的基础上,利用统计理论指出,各种物质的完美晶体,在零度时,熵为零(S 0 = 0 ),这就是热力学第三定律.热力学三定律统称为热力学基本定律,从此,热力学的基础基本得以完备.。
而一热一冷的两个铁块,高温铁块内部的铁原子运动剧烈,低温铁块内部铁原子运动相对温和。那么,高温铁块把热量传到低温铁块,使两个铁块中铁原子运动的剧烈程度趋近,这就是符合热力学第二定律的。热力学第二定律有几种表述方式:克劳修斯表述: 热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体;开尔文-普朗克表述: 不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响.熵表述: 随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少.关系: 热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.微观意义 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行. 第二类永动机(不可能制成) 只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机. 第二类永动机违法了热力学第二定律。
热力学第二定律
热力学第二定律 ①热力学第二定律是热力学的基本定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处(在自然状态下)。
在①的中,指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移,而不能由低温物体自动向高温物体转移,也就是说在自然条件下,这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来,只有靠消耗功来实现。
在②的中指出,自然界中任何形式的能都会很容易地变成热,而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能,从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功[1],一定伴随有热量的损失。
第二定律和定律不同,定律否定了创造能量和消灭能量的可能性,第二定律阐明了过程进行的方向性,否定了以特殊方式利用能量的可能性。 . ②人们曾设想制造一种能从单一热源取热,使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器,这种空想出来的热机叫第二类永动机。
它并不违反热力学定律,但却违反热力学第二定律。有人曾计算过,地球表面有10亿立方千米的海水,以海水作单一热源,若把海水的温度哪怕只降低O.25度,放出热量,将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。
但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种的,因此要想制造出热效率为百分之百的热机是不可能的。 ③从分子运动论的观点看,作功是大量分子的有规则运动,而热运动则是大量分子的无规则运动。
④热力学第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系,也不能把它推广到无限的宇宙。
⑤根据热力学第零定律,确定了态函数——温度; 根据热力学定律,确定了态函数——内能和焓; 根据热力学第二定律,也可以确定一个新的态函数——熵。可以用熵来对第二定律作定量的表述。
热力学第二定律过程 第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原,要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用,由此可见,热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的异,这种异决定了过程的方向,人们就用态函数熵来描述这个异,从理论上可以进一步证明: 可逆绝热过程Sf=Si, 不可逆绝热过程Sf>Si, 式中Sf和Si分别为系统的终和初的熵。 也就是说,在孤立系统内对可逆过程,系统的熵总保持不变;对不可逆过程,系统的熵总是增加的。
这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。
条件 第二定律在有限的宏观系统中也要保证如下条件: 1、该系统是线性的; 2、该系统全部是各向同性的。 另外有部分推论很有意思:比如热辐射:恒温黑体腔内任意位置及任意波长的辐射强度都相同,且在加入任意光学性质的物体时,腔内任意位置及任意波长的辐射强度都不变。
编辑本段热力学第二定律与时间的单方向性 所有不涉及热现象的物理规律均时间反演对称, 它们没有对时间的方向作出规定. 所谓时间反演, 通俗地讲就是时光倒流; 而物理定律时间反演对称则指, 经过时间反演后, 该定律依然成立. 以牛顿定律为例, 它是时间反演对称的. 不妨考察自由落体运动: 一物体由静止开始, 在重力作用下自由下落, 其初速度V(0)=0, 加速度a=g, 设其末速度为V(t), 下落高度为h. 现进行时间反演, 则有其初速度V'(0)=-V(t), 加速度a'=g, 末速度V'(t)=V(0), 上升高度为h, 易证这依然满足牛顿定律. 但热现象则不同, 一杯水初始温度等于室温, 为T(0), 放在点燃酒精灯上, 从酒精灯火焰吸收热量Q后温度为T(t). 现进行时间反演, 则是水的初温为T'(0)=T(t), 放在点燃酒精灯上, 放出热量Q给酒精灯火焰, 自身温度降为T'(t)=T(0). 显然这违背了热力学第二定律关于热量只能从高温物体传向低温物体的陈述. 故热力学第二定律禁止时间反演. 在个例子中, 如果考虑到空气阻力, 时间反演后也会与理论相悖, 原因在于空气阻力做功产生了热. 编辑本段热力学第二定律单方性 热力学第二定律体现了客观世界时间的单方向性, 这也正是热学的特殊性所在. 热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处。 1824年法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理,德国人克劳修斯(Rudolph Clausius)和英国人开尔文(Lord Kelvin)在热力学定律建立以后重新审查了卡诺定理,意识到卡诺定理必须依据一个新的定理,即热力学第二定律。
他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯。
热力学第二定律怎样理解?
热力学第二定律
(1)定律只指出了效率η≯,第二定律指出的是效率η≠,说明功可以全部变为热,而热量不能通过一循环全部变为功,即机械能和内能是有区别的。
(2)定律指出了热功等效和转换关系,指出任何过程中能量必须守恒。而第二定律指出的是,并非所有的能量守恒过程都能实现,低温热源的热量就不能自动地传向高温热源,揭示了过程进行的方向和条件。
(3)定律没有温度的概念,但第二定律中有了温度的概念,提出了高温热源和低温热源的问题,提出了不同温下,相同热量的效果是不一样的,有必要加以区分。
综上所述,热力学第二定律是描述热量的传递方向的,其内容是:分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能。制冷装置就是根据热力学第二定律,用消耗机械能或热能作为补偿条件,把热量从低温热源(需要制冷的场所)转移到高温热源(如冷凝器中的冷却水或空气),从而达到制冷的目的。
“热力学第二定律”是正确的吗?
可是黑洞也有自己的“势力范围”,势力范围以外,仍然是真空,黑洞并没有发生“自由扩散”去填充那些真空啊.宇宙中的物质也并没有趋近于均匀分布.相反,各种大小质量的恒星、行星却在通过万有引力不断清空自己轨道附近的空间.比如地球,地球的大气层目前很稳定,这个温度和这个引力下,目前大气的逃逸和补充几乎是平衡的.但若按照热力学第二定律,那地球大气层早应该逃逸掉了才对,大气层应该填充到真空里面去.而宇宙中也应该是被稀薄的近似均匀分布的气体填充着,而不是象现在这样大量的物质被少量的星球所占有,星球的大气层之外几乎都是真空.我是广播电视工程专业的,目前大三,我们很多课和电磁场专业一起上的,电磁场理论是他们专业的必修课.而电磁场理论的创始人不是别人,就是麦克斯韦.而且电磁场理论的教材上也是默认光速是有相对参考系的,相对参考系就是“发出光(或电磁波)的物体在发出光(或电磁波)的时刻所处的运动状态”.。
把卡诺所说的动力换成“能量”,我们说,他已经认识到了能量守恒的原理。进一步,卡诺从极其简单但又十分有效的逻辑推理出发否定了运动的理论。
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