热学第四章ppt大学物理

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1、第四章热力学第二定律自然过程的方向性(Δ)不可逆过程的相互依存热力学第二定律(Δ)热力学概率与自然过程的方向性玻尔兹曼熵公式与熵增加原理可逆过程(Δ)克劳修斯熵公式（*）温熵图（*）熵和能量退化（*）耗散结构介绍（*）1第四章:热力学第二定律热一律……一切热力学过程都应满足能量守恒。但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行!过程的进行还有个方向性的问题。2§4.1自然过程的方向性例1．功热转换的方向性功热可以自动地进行(如摩擦生热、焦耳实验)热功不可以自动地进行（焦耳实验

2、的逆过程）例2．热传导的方向性热量可以自动地从高温物体传向低温物体,但相反的过程却不能发生。3实际上,“一切与热现象有关的自然过程（不受外界干预的过程，例如孤立系统内部的过程）都是不可逆的，都存在一定的方向性----存在着时间箭头”.又如，生命过程是不可逆的:出生童年少年青年中年老年八宝山不可逆!“今天的你我怎能重复过去的故事!”例3.气体自由膨胀的方向性气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩的过程是不可能的.4§4.2不可逆过程的相互依存各种实际宏观过程的方向性都是相互依存的。相互依存:一种过程的方向性

3、存在(消失),则另一过程的方向性也存在(消失).功热转换方向性消失热传导方向性消失热源T0QAT0

4、积膨胀).热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.热量不能自动地从低温物体传向高温物体.或说“其唯一效果是热量从低温物体传向高温物体的过程是不可能发生的”.2.开尔文（Kelvin，1851）表述:▲热机是把热转变成了功，但有了其它变化（热量从高温热源传给低温热源.8开尔文表述的另一说法是（结合热机）:第二类永动机(又称单热源热机,其效率=1,即热量全部转变成功)是不可能制成的.热机必须循环作功，这就至少要有两个温度不同的热源。为什么？3.克劳修斯叙述与开尔文叙述是完全等效的.利用海水温差可以发电吗？9

5、二．热力学第二定律的微观意义反映：大量分子的运动总是沿着无序程度增加的方向发展。1.功热转换2.热传导T2T1动能分布较有序TT动能分布更无序机械能（电能）热能（有序运动无序运动）3.气体绝热自由膨胀位置较有序位置更无序☆整洁的宿舍杂乱的宿舍注意：热力学第二定律的适用条件(1)适用于大量分子的系统，是统计规律。(2)适用于孤立系统．10§4.4热力学概率与自然过程的方向性怎样定量地描写状态的无序性和过程的方向性？（以气体自由膨胀为例来说明）一.微观状态与宏观状态将隔板拉开后,只表示A,B中各有多少个分子----称为

6、宏观状态;表示出A,B中各是哪些分子(分子的微观分布)----称为微观状态11左4，右0，微观状态数1左3，右1，微观状态数4左2，右2，微观状态数6左1，右3，微观状态数4左0，右4，微观状态数1124个粒子分布左4右0左3右1左2右2左1右3左0右40123456总微观状态数16:左4右0和左0右4概率各为1/16；左3右1和左1右3概率各为1/4；左2右2概率为6/16.按统计理论的基本假设：对于孤立系统,各微观状态出现的概率是相同的.13N=1023ΩN/2Nn孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。与平衡态

7、的微小偏离，就是涨落（始终存在）。两侧粒子数相同时热力学概率Ω最大，对应平衡态.对应微观状态数目多的宏观状态,其出现的概率大。N：左侧粒子数N=102314某一宏观状态对应的微观状态数叫该宏观状态的热力学概率.全部分子自动收缩到左边的当分子数N=4时,热力学概率=(1/16)=1/24.当分子数N=NA(1摩尔)时,热力学概率二.热力学概率:这种宏观状态虽原则上可出现,但实际上不可能出现.例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率自然过程的方向性的定量描述:“热力学概率总是沿增大的方向发展”.宏观状态出现

8、的热力学概率：15§4.5玻耳兹曼熵公式与熵增加原理自然过程的方向性是小大(微观定量表示)玻耳兹曼引入了熵S此式称玻耳兹曼熵公式,式中ｋ是玻耳兹曼常数.熵(和一样)的微观意义也是:系统内分子热运动的无序性的一种量度.S=kln在孤立系统中进行的自然过程总是沿熵增加的方向进行，即S0．这称为熵增加原理。例.用玻耳兹曼熵公式计算理想气体绝热自由膨胀