第19章-热力学第二定律

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1、第十九章热力学第二定律内容：19.1、自然过程的方向19.2、不可逆性相互依存19.3、热力学第二定律的微观意义19.4、热力学概率与自然过程的方向19.5、逆过程19.6、克劳修斯熵公式热力学过程的方向性设在某一过程中，系统从状态A变化到状态B。如果能使系统进行逆向变化，从状态B回复到初态A，而且在回复到初态A时，周围的一切也都恢复原状，则该过程称为可逆过程。19.1自然过程的方向自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程。可逆机：能产生可逆循环过程的机器。不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。如果系统不能回复到原状态

2、A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，则该过程称为不可逆过程。功热转换的不可逆性m功热转换过程具有方向性热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的；或，热量不能自动地由低温物体传向高温物体。热传导的不可逆性气体自由膨胀过程的不可逆性F11.2不可逆性相互依存与热现象有关的宏观过程的不可逆性宏观过程的方向性各种实际宏观过程的方向性都是相互沟通的例：功变热热传导假设，热可以自动转变成功，这将导致热可以自动从低温物体传向高温物体。一种过程的方向性存在(或消失)，则另一过程的方向性也存在(或消失)TAT0

3、2热库AT1热库AQ1-Q2T2热库所有宏观过程的不可逆性都是等价的。假设，热可以自动从低温物体传向高温物体，这将导致热可以自动转变成功。可选任一自然过程描述自然过程的方向性。结论：开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。第二类永动机不可能制成。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引起其他变化。热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。11.3热力学第二定律及其微观意义证明热力学第二定律两种表述的一致性：高温热源T1低温热源T2ABQQ=WWQ2Q+Q2Q2Q2如果开尔文表述不成立

4、，则克劳修斯表述也不成立。高温热源T1低温热源T2ABWQ2Q1=QQQQ-Q2W如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。无摩擦力等耗散力作功的准静态过程才是可逆过程。①功变热分子的有序运动转变为无序运动，无序程度增大。从微观上考察自然过程的方向性：热力学第二定律的微观意义②热传导分子热运动从一侧快一侧慢，变为一样快，更加不好区分，无序程度增大。③绝热自由膨胀分子的位置分布扩展到更大的空间范围，无序程度增大。一切自然过程总是沿着分子热运动无序程度增大的方向进行。微观上无序增大

5、宏观上熵增加熵是系统无序程度的量度——热Ⅱ律的微观意义例1.试根据热力学第二定律判别下列说法是否正确?功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功;(2)热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体;答:(1)不正确,热可以全部转化成为功,只是会引起其他变化,如等温膨胀时气体吸热全部转化成为功,不过体积发生了变化.违反热力学第二定律的开氏描述;(2)不正确,热可以从低温物体传到高温物体,如致冷机,只是外界需要做功,外界会有某些变化.违反热力学第二定律的克氏描述;例2.试证明一条等温线与一条绝热线不可能有两个交点;(2)两条绝热线与一条等温线构成

6、不了一个循环;VPO等温线绝热线VPO等温线绝热线假设可有两个交点,如图构成一循环,热机对外做功,由于只有一条等温线,热机只从一个热源吸热完成对外做功且未引起其他变化(违反开氏);(2)同上;两条等温线,一条绝热线呢?热力学第二定律的统计意义F11.4热力学概率与自然过程的方向设分子数N=4微观状态：在A、B两室中分子各种可能的分布状态。宏观状态：对各分子不加区别，仅从A、B两室的分子数分布来确定的状态。共有5种宏观态，16种微观态结论：不同宏观态所包含的微观态数目不同。N统计基本假设:所有微观状态出现的可能性是相同的。4粒子情况，总状态数16，左4右0和

7、左0右4，几率各为1/16；左3右1和左1右3，几率各为1/4；左2右2，几率为3/8。最可能观察到的宏观状态:微观状态数最多的宏观状态。假设气体总分子数为N，在某一个宏观态下A室中有n个分子。这一宏观态包含的微观态数目：两边取对数由斯特林公式：对微观态数Ω求极值解得A、B两室分子均匀分布时的宏观态所包含的微观态数目Ω最大。结论：自由膨胀过程实质上是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的宏观态方向进行。不可逆过程的实质：孤立系统内部发生的一切不可逆过程总是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的宏观态方向进行。一切不可逆过程都是从有序状态向无

8、序状态的方向进行。两侧粒子数相同时，Ω最大，称为平衡态；但不能保证