热力学第二定律

Question

热力学第二定律
由
系统的熵不会增加而不产生其他影响.
证明:
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为功而不产生其他影响。
急需.
如何来说明温度高了熵就大呢?
再次更正:
系统的熵不会减小而不产生其他影响.而不是系统的熵不会增加而不产生其他影响

Answer 1

你确定是“系统的熵不会增加而不产生其他影响”而不是“系统的熵不会减小而不产生其他影响”吗

热力学的很多公式都是从统计热力学推过来的，包括理想气体的所有公式。咱说说统计热力学。
统计热力学从熵下手，放之四海而皆准而且最重要的公式(没有之一)就是S=k*lnΩ。其中S是熵，k是波尔兹曼常数=1.3807e-23J/K，Ω是系统可能的状态个数。
然后就提出了很多模型，最简单的一个就是假设系统中每个分子都有两个能级，基态和激发态，基态能量0，激发态能量ε。如果有5个分子，1个是激发的，那可能是5个分子中的任意一个处于激发态，Ω=5。比如现在有N个分子，其中有M个是激发的。用排列组合算一下，Ω=N!/M!/(N-M)!。S=k*ln(N!/(M!*(N-M)!))。系统的内能是M个激发*激发能ε=M*ε。
我觉得我需要长篇大论了。。。还不一定说得清楚
如果现在有两坨东西，每坨都是N个分子，但是激发态的分子数不一样，分别是M1和M2。如果他们都是一样的分子那比热也就一样，说起来还简单一些。
热力学第一定律说的是内能是守恒的，也就是那个M1+M2是守恒的。热力学第二定律说的是M1和M2会趋于平均。我们来算一下M1和M2是平均的时候熵大还是不平均的时候熵大。（结论当然是平均的时候熵大）证明太麻烦，代进两个数试试得了。假设N=10，M1=4，M2=2，这时候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。发现热平衡的时候熵大了。
至于熵和温度的关系。温度的定义是1/T=∂S/∂U。U=M*ε，所以1/T=(∂S/∂M)/ε。用泰勒展开留第一项，可以认为ln(x!)=x*ln(x)-x。所以1/T=k*ln((N-M)/M)/ε。你会发现M<N/2的时候M增大，T也增大熵也增大。
需要说明的是M不能大于N/2，也就是激发态不能大于基态。如果激发态数目大于基态数目，这种状态叫粒子反转。如果你学过激光原理的话就知道这是产生激光的四大条件之一，在正常条件下是不会发生的。粒子反转情况下温度是负的，负开尔文温度是高于正无穷开尔文温度的。
我说了好多。如果你是初中生那我就无语了

Answer 2

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)。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
　　上述(1)中①的讲法是克劳修斯(Clausius)在1850年提出的。②的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。
　　在①的讲法中，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的讲法中指出，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。第二定律和第一定律不同，第一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。它并不违反热力学第一定律，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讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
　　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。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。
　　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；
　　根据热力学第一定律，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差异，这种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，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分别为系统的最终和最初的熵。
　　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。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。
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.
在第一个例子中,
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）在热力学第一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年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述在理念上是相通的。
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Answer 3

[编辑本段](1)概述
①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。(不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的)
②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的。）
[编辑本段](2)说明
①热力学第二定律是热力学的基本定律之一。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
上述(1)中①的讲法是克劳修斯(Clausius)在1850年提出的。②的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。
在①的讲法中，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的讲法中指出，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，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一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。它并不违反热力学第一定律，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讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
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。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。
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；
根据热力学第一定律，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。
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差异，这种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，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分别为系统的最终和最初的熵。
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。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。
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。

Answer 4

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
就是这个意思。
看下句
不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响
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。
这里有一段话，挺好的给你看看
热力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，最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差异很大，而最后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。

Answer 5

呵呵，这个问题可能比你想象的要复杂得多，关键是热力学第二定律确实不是很容易透彻理解。
你这里利用的第二定律是一种对它的常见表述，克劳修斯表述。其原文是这样：“不可能将热从低温物体传到高温物体，而不发生其他变化”。
你这里首先如何实现一个循环（一个循环必须是连续的，不可间断），另外你怎么保证这个过程不发生其他变化？这个过程中你不是要把化合物转移到热水中吗？你要不要做功呢？除非它自己长了腿。你一做功就引起了其它变化了，功总是要变热的啊。而这样的变化和表述不符，因此不能说明表述错了。
这个表述并没有说，有其它变化时，不可能将热从低温物体传到高温物体。我们常用的空调不是可以吗，问题是我们要对空调做电功，这就不可避免地发生了其它变化。