2019年热力学第二定律课件.ppt

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1、10-8熵与热力学第二定律（以气体自由膨胀为例来说明）一.微观状态与宏观状态表示左，右中各有多少个分子----称为宏观状态表示左，右中各是哪些分子----称为微观状态AB将隔板拉开后,气体自由膨胀宏观态微观态包括的微观态数Ωiabcd4040abcdabcdabdcacdbbcda31abcdcabdacdbbcda3122abcdcdabacbdacbdadbcbcad某宏观态所包含的微观态数Ω叫该宏观态的热力学概率宏观态包括的微观态数ΩiN=202001182190155155041191679601010184765911167960515

2、155042181900201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。令不可逆过程的实质：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序状态的方向进行。──热二律的统计意义热力学概率Ω是分子运动无序性的一种量度。二玻耳兹曼熵公式与

3、熵增加原理自然过程的方向性是有序无序(定性表示)小大(定量表示)此式称玻耳兹曼熵公式,式中k称玻耳兹曼常数。S=kln玻耳兹曼引入了熵S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。熵增加原理用熵来代替热力学概率后，热力学第二定律就可以表述为：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。这种表述叫熵增加原理即（孤立系，自然过程）S=kln（孤立系，可逆过程）可逆过程熵不变：一、状态1.理想气体状态方程(平衡态)：m----总质量;Mmol----摩尔质量2.能量均分定理:一个刚性分子自由度一个分子的一个

4、自由度所对应的平均动能等于一个分子的平均平动动能刚性分子系统内能（理想气体）：3.麦克斯韦速率分布函数：单位速率区间的分子数占总分子数百分比f(v)0v(1)最概然速率三种速率(2)平均速率(3)方均根速率4.平均自由程，平均碰撞频率分子是直径为d的刚性小球,除碰撞外,无相互作用力二、过程准静态过程：过程中任意时刻都是平衡态。可逆过程：无摩擦的准静态过程热力学第一定律看温度看体积看过程等压摩尔热容等体摩尔热容比热比(pV图面积)V1VV+dVV2V0pdW=pdV与过程有关等温；等体等压；绝热循环过程卡诺循环热力学第二定律●克劳修斯表述：热量不能

5、自动地从低温物体传向高温物体●开尔文表述：其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的无序性：自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。热力学概率:自然过程总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡。熵：自然过程总是沿着熵增大的方向进行。可逆过程熵不变：2．一定量的某种理想气体进行如图所示的循环过程．已知气体在状态A的温度为TA＝300K，求(1)气体在状态B、C的温度；(2)各过程中气体对外所作的功；(3)经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量(各过程吸热的代数和)1.0.02kg的氦气(视为理想气体)，温度由17℃升为27℃

6、．若在升温过程中不与外界交换热量，求出气体内能的改变、吸收的热量、气体对外界所作的功．(普适气体常量R=8.31)3.两个相同的容器，一个盛氢气，一个盛氦气(均视为刚性分子理想气体)，开始时它们的压强和温度都相等，现将6J热量传给氦气，使之升高到一定温度．若使氢气也升高同样温度，则应向氢气传递热量(A)12J．(B)10J．(C)6J．(D)5J．4.根据能量按自由度均分原理，设气体分子为刚性分子，分子自由度数为i，则当温度为T时，一个分子的平均动能为________．一摩尔氧气分子的转动动能总和为________．