大学物理热力学第二定律

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1、1自然过程的方向性2热力学第二定律3热力学概率4玻耳兹曼熵公式与熵增加原理5可逆过程和卡诺定理4克劳修斯熵公式热力学第二定律1自然过程的方向性满足能量守恒的过程一定会实现吗？功热转换过程具有方向性（一）功热转换摩擦生热—机械能全部转化为热而热全部转化为功而没有其他影响是不可能的。m焦耳实验热机—热转化为功。其他影响是向低温热源放热。气体等温膨胀—热全部转变成功恒温热源T其他影响——气体的体积发生变化（二）热传导T1T2T1>T2热量从系统1传到系统2其反过程不会自动实现热传导过程具有方向性。（三）气体的绝热自由膨胀气体绝热自由膨胀的过程具有方向性一切与热现

2、象有关的实际宏观过程都具有方向性，其相反过程不可能自然发生过程中系统不吸热、不作功，内能、温度不变，唯一的变化是体积增大实际宏观过程按一定方向进行的规律就是热力学第二定律恒温热源T设气体的绝热自由膨胀的不可逆性消失，则气体可自动收缩——气体的等温膨胀不可逆性也消失因此可以用具有普遍意义的定律来表述，并且各种表述是等价的2热力学第二定律克劳修斯表述：热量不能自动地由低温物体传向高温物体。开尔文表述：将热全部变成功而不产生其他影响的过程是不可能实现的。（单热源热机是不可能制成的。）各种自然过程的不可逆性是相互关联、相互依存的3热力学概率系统一个宏观状态对应多个

3、微观状态例如4个分子在容器中按位置的分布abcd某宏观态对应的微观状态数目热力学概率—平衡态对应的最大若系统初态非最大值，则处于非平衡态。系统将向平衡态转化，最后达到的最大值，即达到平衡态——自然过程的方向性假设所有的微观状态出现的概率相同的对应微观状态数目多的宏观状态其出现的几率最大。左右左右微观abcd—401abcacdabdbcddbca314abacadbcbdcdcdbdbcadacab226(4—0）宏观态(3—1）(2—2）(1—3）(0—4）微观态14641516左右若分子数很大？左右两侧粒子数相同时，Ω最大N=1023ΩN/2N

4、n（一侧粒子数）假设所有的微观状态出现的概率相同的对应微观状态数目多的宏观状态其出现的几率最大。4玻尔兹曼熵公式与熵增加原理非平衡态到平衡态，是自然过程进行的方向，也可以用系统的有序度或无序度来说明宏观状态的有序度或无序度按其所包含的微观状态数目来衡量。因微观状态数目Ω太大，玻耳兹曼引入了另一量熵：普朗克定义单位J/K一、玻尔兹曼熵公式三、熵增加原理一定条件下若系统可分为两部分，则热力学概率二、熵的可加性在孤立系中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行。5可逆过程和卡诺定理实际热过程具有方向性或不可逆性，如功变热可逆过程一、可逆过程不可逆过程ABX过程若

5、可找到一种方式使系统从B状态返回A状态时，将X过程产生的影响全部消除，即系统和外界全部复原，则X过程为可逆过程。若无论用什么方式使系统从B状态返回A状态时，都不能将X过程产生的影响全部消除，即外界不能复原，则X过程为不可逆过程。如何判断可逆过程？能否找到一种方式使系统和外界还原无摩擦的准静态过程（理想过程）是可逆过程热源气体准静态膨胀时作功A，吸热Q，内能变化反过程：外力推动活塞使气体沿原过程的每一中间状态返回。系统和外界复原系统复原无摩擦外力作功A´=-A1）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一切可逆热机，其效率都相等（等于卡诺热机的效率），与工

6、作物质无关；ABC可逆可逆ABC可逆不可逆可逆过程不可逆过程可逆循环——可逆机不可逆循环——不可逆机二、卡诺定理2）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一切不可逆热机，其效率不可能大于可逆热机的效率。任一可逆循环，用一系列微小可逆卡诺循环代替。对任意热机可逆热机由卡诺定理（等号对可逆机成立）6克劳修斯熵公式所有可逆卡诺循环加一起：PVO分割无限小：12ab积分与路径无关——存在态函数（1、2两态的）熵差对于微小过程本章结束作者：李雪春