导图社区 热力学第二定律
这是一篇关于热力学第二定律的思维导图，主要内容有表述、热现象过程的不可逆性、热二定律的统计意义、卡诺定理等。
该合集以北京大学出版的《基础有机化学》为基础，结合大连理工大学有机化学A课程进行归纳总结，各章节以不同种类化合物及其相关反应进行整理，并有化合物间相互转换的总结，适合用于课后总结与考前复习
该合集以大连理工大学出版的无机化学为基础，结合上课内容做以总结归纳，内容分为结构部分与元素部分，各章节与教材相同，适合用于课后总结与考前复习
关于曾谨言 量子力学教程第二章 波函数与Schrödinger方程思维导图，包含波函数的统计诠释、 Schrödinger方程、 量子态叠加原理等。
这是一篇关于日语（时态部分）的思维导图，包含判断、 存在、 动词、 形容动词、 形容词等。介绍详细、希望能对感兴趣的小伙伴学习提供帮助。
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热力学第二定律
表述
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，使其完全变为有用的功而不产生其它影响。即第二类永动机是不可能造成的
效率=1是不可能的
单源热机是不存在的
注意“不产生其他影响”，若是有其他变化则可能不违背热二定律
克劳修斯表述
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生任何其它影响
无功制冷机是不存在的
两种表述的等效性
两种表述的等效性说明，功变热和热传导在其不可逆特性上是完全等效的
热现象过程的不可逆性
是否可逆
可逆过程
系统从一个状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除了系统对外界引起的一切影响，则原来的过程称为可逆过程
只有理想的无耗散的准静态过程，才是可逆过程
实际过程中很多耗散效应和不平衡效应很小，可以忽略或者近似地看成是可逆过程
不可逆过程
如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程
通过摩擦使功变热的过程是不可逆的，逆过程不能自动发生
单一热源热机（第二类永动机）不能制成
有限温差热传导不可逆
气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的
一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的
自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，各种不可逆过程之间存在着深刻的内在联系。总可以把任意两个不可逆过程联系起来
一切自发过程都是不可逆过程
一切实际过程都是不可逆过程
注意
不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除
热二定律的统计意义
概念
等概率原理
对孤立系，各个微观状态出现的概率相等
微观态数大的宏观态出现的概率大
热力学概率
把任一给定的宏观态所包含的微观态数定义为此宏观状态的热力学概率
W——系统无序程度的量度
平衡态——热力学概率取最大值的宏观态
宏观态热力学概率↑，该宏观态出现的概率↑
分子间的频繁碰撞，系统自动向热力学概率增大的宏观状态过渡，最后达到热力学概率取最大值的平衡态
尽管分子的微观动力学是可逆的，但热力学体系的宏观过程是不可逆的
意义
孤立系统内部所发生的过程总是由概率小的状态向概率大的状态进行，由包含微观状态数少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行
微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态
一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行
卡诺定理
内容
工作在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间的一切可逆热机,它们的效率都相等,而与工作物质无关
工作在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间的一切不可逆热机,其效率不可能大于可逆热机的效率
或者说其效率小于可逆热机的效率
卡诺定理的证明
假设法
提高热机效率的方法
尽量提高高温热源的温度和降低低温热源的温度，增大两个热源的温度差以提高热的可利用的价值
选择合适的循环过程，尽量使之接近于卡诺循环
尽量减小过程的不可逆性，例如减小散热、漏气、摩擦等不可逆因素的影响，使实际的热机尽量接近于可逆热机
制冷机
工作在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间的一切可逆制冷机,它们的制冷系数都相等,而与工作物质无关
工作在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间的一切不可逆制冷机,其制冷系数不可能大于可逆制冷机的制冷系数
热力学温标
在卡诺定理基础上引入一种温标，不依赖于测温物质的属性，即用任何测温物质按照这种温标给出的温度数值都是一样的，这就是热力学温标
两个热源的热力学温度的比值被定义为在这两个热源之间工作的可逆热机所吸收和放出的热量的比值
这样规定的温标称为热力学温标或开尔文温标，按这种温标确定的温度称为热力学温度
不依赖于测温物质的属性，与物质所处的状态（固态、液态、气态）无关，在理想气体温标可以使用的温度范围内，它与理想气体温标是完全相同的。
熵
克劳修斯等式
卡诺循环过程中热温比的代数和为0
在任一可逆循环过程中热温比的积分为0
克劳修斯不等式
对体系所经历的任意循环过程，热温比的积分满足
=：可逆循环
<：不可逆循环
dQ：体系从温度为T的热库吸收的热量
系统由平衡态a变到平衡态b时，其熵的增量等于由态a经任一可逆过程变到态b时热温比的积分
无限小可逆过程
熵的量纲是能量除以温度，熵的单位为J/K
△S只是状态a和b的函数，与连接态a和态b的过程无关。系统平衡态确定，熵就完全确定
实际过程可以是可逆过程，也可是不可逆过程
计算△S时，积分一定要沿连接态a和态b的任意的可逆过程进行，如果原过程不可逆，为计算△S必须设计一个假想的可逆过程
熵具有可加性，系统的熵等于系统各个部分熵的总和
熵不同于热温比的积分，S是态函数，而热温比的积分是在一个可逆过程中系统的熵的增量的量度，熵的增量也不同于热温比的积分
二者只有在可逆过程中才有数值相等关系
对于绝热过程，dQ=0，所以dS=0，可知：可逆绝热过程是一个等熵的过程
孤立体系内发生的任意过程熵不减少
T-S图（温熵图）
T-S图上每一个点代表一个平衡态；每一条曲线代表一个可逆过程
热量：T-S曲线下的面积
循环过程曲线所围面积：系统净吸收的热量
熵是状态函数，任何循环过程工质的熵变必为0
也等于在循环过程中系统对外作的功
T=C
从图像可知，在可逆绝热过程中熵的数值不变
可逆等体过程
可逆等压过程
热二定律的数学表达式
不满足该式子的过程一定不会发生
=：可逆过程（熵的定义）
>：不可逆过程
态函数熵在可逆过程中的增量等于系统从热源吸收的热量与热源温度之比的积分，在不可逆过程中的增量大于热温比积分
式中温度T是热源温度，对于可逆过程，它也是系统的温度（因二者处于热平衡）；但对于不可逆过程，因系统处于非平衡态，故T只表示热源温度
就相同的初、终态而言，不能理解为不可逆过程熵增量大于可逆过程的熵增量。熵是态函数，对于相同的初、终态熵增量是一样的，无论过程可逆与不可逆，所不同的是热温比的积分，它在不可逆过程中的值比可逆过程中小
熵增加原理
含义
对于绝热系统，dQ=0，则△S≥0（孤立系，自然过程）
当热力学系统从一平衡态经绝热过程到达另一平衡态，它的熵永不减少
如果过程是可逆的，则熵的数值不变；如果过程是不可逆的，则熵的数值增加
一个孤立系统的熵永不减少
利用熵的变化来判断自发过程进行的方向（沿着熵增加的方向）
判断自发过程进行的限度（熵增加到极大值）
用熵增加原理解释热二定律的开尔文表述和克劳修斯表述
熵与热力学概率
熵的微观实质
1877年，玻耳兹曼引入熵(Entropy)，表示系统无序性的大小
S∝lnW
1900年，普朗克引入系数 k——玻耳兹曼常数
玻尔兹曼熵公式：S=klnW
熵增加原理的微观实质：孤立系统内部发生的过程总是从热力学概率小的状 态向热力学概率大的状态过渡
性质
熵和W一样，也是系统内分子热运动的无序性的一种量度
一个宏观状态对应一个W值对应一个S值
熵是系统状态的函数
熵具有可加性
热力学基本方程
只有体积功时，
由热力学基本方程可以求熵
求熵
v摩尔理想气体（T1，V1）→（T2，V2）
如果温度保持常数
设计一个连接给定始末态的假想可逆过程，积分计算
难点与疑点
难点
利用反证法的方式证明结论（反证法的应用）
区分可逆过程、不可逆过程、逆向进行的差异
用一个过程的不可逆性证明另一个过程的不可逆性
疑点
在计算效率的时候，若是循环既有吸热又有放热，则计算时是用总热量的变化算还是只用吸热过程的热量算？
若在不可逆过程中熵增不等于热温比的增量，那么熵的定义式到底是什么？由一系列假想可逆过程算出来的值又是什么？
