熵-2克劳修斯熵公式

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1、?第二十一章第二讲本章共2讲第六篇多粒子体系的热运动第21章熵玻尔兹曼熵公式：系统无序性的量度熵增加原理：孤立系统自发过程问题：如何由可观察量计算熵变？§20.2克劳修斯熵公式热力学第三定律克劳修斯（1822-1888）热温比的积分回答：=：对应可逆过程>：对应不可逆过程一.克劳修斯熵公式1.定义从卡诺循环和卡诺定理出发寻找系统的熵。卡诺循环（理想可逆过程）：（与工作物质无关）为系统向低温热源放热热温比：系统从热源吸热与相应热源温度之比系统从低温热源吸热任何可逆循环均可视为许多小卡诺循环的组合可逆循环中热温比的代数和为零,可逆过程中热温比的积分与路径无

2、关.类比保守力做功与路径无关可逆过程热温比积分与路径无关引入态函数S可逆过程中克劳修斯熵公式：由卡诺定理：对不可逆循环不可逆循环中热温比的代数和小于零即一般情况下，克劳修斯熵公式：B设如图循环：与过程无关，只与初、末态有关。熵是态函数可以在初、末态间设计恰当可逆过程来计算熵变克劳修斯熵公式（定义熵变）=对应可逆过程>对应不可逆过程二.克劳修斯、玻尔兹曼熵定义的一致性克劳修斯对孤立系统得：（=对应可逆过程，>对应不可逆过程）一切自发的宏观热力学过程均不可逆：即玻尔兹曼熵增加原理例：解：得克劳修斯公式三.熵变的计算由代入热力学第一定律，得热力学基本微分方程：

3、=对应可逆过程<对应不可逆过程熵变与所经的过程无关，可以选择可逆过程，取等号计算。例1：P69221-4已知：求：（1）可逆等温膨胀：（2）自由膨胀：解：①等温膨胀——可逆过程气体：热源：系统：②自由膨胀——不可逆过程对气体：在初末态间设计可逆等温膨胀对热源：对系统：不可逆过程熵增加，可逆过程熵不变。例2.已知：设人每天散热求：由此，热量由高温物体传向低温物体时，系统的熵解：人：环境：系统：例3.熵与人口极限，分析来自太阳的负熵流能维持多少人口的生存。解：建立模型地球开放系统低能太阳高能光子长波辐射太空高温热源低温热源求熵流1.求太阳（黑体）辐射到地球单

4、位面积上功率（太阳常数）由维恩定律得太阳表面温度：由斯特潘定律太阳辐射功率太阳常数：2.估计地球收入的总负熵率地球接受的太阳光辐射功率=地球向太空辐射能量功率圆盘（R《r）设地球大气平均温度：则地球收入总负熵流：(反射34%，大气吸收44%，海水蒸发22%，风浪0.17%……)其中：绿色植物光合作用部分仅占0.02%约为3.考虑生态效率等因素：10-15%世界人口极限：100亿；最佳：50亿目前：60亿；年增长：8600万/年2010年：80亿我国上限：16亿；最佳：7亿；目前：13亿计划生育是基本国策之一练习1.熵是的定量量度，有一定量的理想气体,经历

5、一个等温膨胀过程，它的熵。增加热力学系统的无序性或：熵是大量微观粒子热运动所引起的无序性的定量量度2.一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀，体积由V增至为2V，在此过程中气体的：（A）内能不变，熵增加（B）内能不变，熵减少（C）内能不变，熵不变（D）内能增加，熵增加解：绝热自由膨胀自发进行的过程，体积增大，无序性增加，熵增加。答案：（A）练习3设有以下过程：（1）两种不同气体在等温下互相混合。（2）理想气体在定容下降温。（3）液体在等温下汽化。（4）理想气体在等温下压缩。（5）理想气体绝热自由膨胀在这些过程中，使系统的熵增加的过程是：解：(2)、(4)过

6、程：（1）（3）（5）是自发进行的过程，熵增加四.热力学第三定律1.内容:绝对零度只能无限逼近而不能实现2.意义：1）是实验规律,不能直接证明由温度越低,降温越困难总结出来2）揭示出低温状态下,热运动退居次要地位,系统的量子特性占主导地位,系统不再遵从经典统计，而是遵从量子统计规律。3）其预言与量子统计规律吻合3.目前低温纪录：核自旋：800pK1990年芬兰赫尔辛基大学液氦：100~2.7K微波背景辐射自然界最低温度：固氦：43铜传导电子：12例:绝热去磁法致冷A：顺磁盐,无外场电子自旋磁矩排列混乱等温加磁场自旋磁矩沿外场方向有序排列S绝热去磁(可逆)

7、磁矩混乱,所需能量来自系统内能T反复进行,实现低温录像片1－2－8－④：熵（30分钟）