资源描述：
《热学-5-2(基础物理课堂讲稿下第十二讲).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、第五章热力学第二定律和第三定律第十二讲§5.1可逆过程与不可逆过程§5.2热力学第二定律的两种语言表述§5.3热力学第二定律的数学表述和熵增加原理§5.4熵及热力学第二定律的统计意义§5.5热力学第二定律的应用举例§5.6自由能与吉布斯函数§5.7热力学第三定律§5.4熵及热力学第二定律的统计意义●微观熵—玻尔兹曼熵●克劳修斯熵与玻尔兹曼熵的关系●熵及热力学第二定律的统计意义●熵与信息●微观熵—玻尔兹曼熵微观层次上：目的：从微观上对熵及熵增规律给出物理解释定性推测：物理量分两类强度量：与物质的量有关广延量：与物质的量
2、有关且是简单相加的关系克劳修斯不等式→态函数熵→克劳修斯熵或宏观熵→Sc熵增原理→不可逆绝热过程总是向着熵增加的方向进行宏观层次上：覌察两相同状态参量的系统A和B连接起来→大系统A+BABA+B显然：强度量广延量(注：物质量成倍增加→吸热也成倍增加→熵为广延量)但微覌态数目却：∴Ω非强度量也非广延量不妨∴lnΩ是广延量定义微观熵:(玻尔兹曼熵)k是比例系数，单位J/K●克劳修斯熵SC与玻尔兹曼熵SB的关系当SB=klnΩ中系数k=kB(玻尔兹曼系数)时,SC与SB完全等价即严格证明参见汪志诚编《热力学.统计物理》p2
3、13下面举孤立系统的自由膨胀过程为例说明：201102①②③宏观态数：3个ABAB箱分成两等份格子：ab0baab0ab①②③④微观态数：22个AB※箱内有两个分子a、b可能位置如表:宏覌态②对应2个微观态※箱内有三个分子abc0bcacbaabccbaabacbc0abcAB①②③④⑤⑥⑦⑧微观态数：23个AB①②③④宏观态数：4个宏覌态③对应3个微观态30211203※箱内有四个分子a,b,c,dabcd0acdcdadababcabcdcdabbdacbcadabcdacbdadbcdcbaabcabdbcdb
4、cd0abcdAB微观态数：24个=1612345678910111213141516宏观态数：5个4031221304AB①②③④⑤宏覌态③对应6个微观态※箱内N个分子(a,b,c,d,e,f…)有2N个微观态;N很大时,宏观态→Ω最多≈2N初态i微覌态数:末态f微覌态数:所以,玻尔兹曼熵变为：因此，对于自由膨胀如图→初态iAB中间态末态f而i→f克劳修斯熵变为：两熵等价●熵及热力学第二定律的统计意义熵S大→Ω多→无序程度高→相应宏观态出现概率大熵S小→Ω少→无序程度低→相应宏观态出现概率小由微观熵:热力学系统的熵
5、S↔Ω系统的微观状态数一一对应由宏观熵:绝热过程→由宏观熵=微观熵:结论：孤立系统的自发过程总是:从有序→无序从概率小→概率大热力学第二定律的统计意义或微观本质应用---从微观层次上解释宏观现象自由膨胀、气体混合、扩散等不可逆过程都是微观态数少的宏观态→微观态数多的宏观态过渡热力学第二定律的微观本质：有序向无序过渡可自发进行无序向有序过渡不可自发进行功热转换不可逆过程是有序的作功运动→无序的热运动:可全部转换无序的热运动→有序的作功运动:不可全部转换热传导不可逆过程是熵增的过程无序程度低向无序程度高过渡的自发进行的过
6、程具体分析热量从高温热源T1传递到低温热源T2如下：∵T1热库释放热量Q1<0；T2热库吸收热量Q2>0；T1>T2∴T1热库熵变为：T2热库熵变为：传热介质无熵变:∴整个系统(两热库和传热介质)的熵变为：●熵与信息将热力学系统的熵概念推广到社会中…信息—消除事物不确定性的因素类比宏观态微观态信息论的创始人香农(C.E.Shannon)定义信息熵为：Ω:确定一事物所需要的因素数Pi：第i个因素出现的概率显然，S越大，越缺乏信息。获信息后事物的信息熵获信息前事物的信息熵获得信息量为I表示为：∴I越大,获得的信息量越多,
7、从而事物信息熵S越小,越确定事物。§5.5热力学第二定律的应用举例★卡诺定理及其证明★热力学温标的建立问题：①热机效率的最大极限是多少？②提高热机效率应采用什么措施？③寻找一种不依赖于具体测温物质的普适温标，以便测量固态物体的温度。★卡诺定理及其证明卡诺定理:⑴在相同T1和T2之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，并且仅与T1和T2有关，与工作物质无关。⑵在相同T1和T2之间工作的一切不可逆热机，它们的效率都小于可逆热机的效率，且与工作物质无关。任意热机：工作物质从高温热源Tl吸收热量Q1，在低温热源T2放出热量Q2
8、′,从而对外作功W′=Q1-Q2′。卡诺定理证明如下：方法1：用热力学第二定律，采用反证法证之…(上堂课已证了)方法2：用熵增加原理和热力学第一定律证之如下：一个循环中,高温热源T1、低温热源T2及工作物质的熵变分别为：由热力学第一定律，对循环一周的工作物质有：由熵增原理：(可逆)热机效率(证毕)Q1:工质吸热;Q2:工质放热.★热力学温标的建
