大学物理热力学课件.ppt

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1、第三章热力学第二定律(TheSecondLawofhermodynamics)自发进行的热力学过程，除满足能量守恒外，还有方向性。e.g.①功变热②热传导THTLQ③绝热自由膨胀热Ⅱ律指出过程的方向性！本章主要内容：热力学第二定律熵热Ⅱ律的微观意义§3.1可逆过程与不可逆过程(ReversibleandIrreversibleProcesses)可逆过程——仅使外界发生无穷小的变化就能使自身反向进行的过程。不可逆过程——不是可逆的过程。e.g.①无摩擦的缓慢绝热压缩过程(可逆)②有摩擦的缓慢绝热压缩过程(不可逆)③快速绝热压缩过程(不可逆)一般，可逆过程无摩

2、擦的准静态过程Note:实际的宏观热力学过程都是不可逆的.⒈开尔文表述(Kelvinstatement)——从单一热源吸热并把它全部转变为功的循环过程是不存在的。§3.2热力学第二定律Notes:①单一热源：单一温度的热库②指的是循环过程③意味着=1的热机(第二类永动机)不存在⒉克劳修斯表述(Clausiusstatement)—热量不能自动地从低温物体传向高温物体。⒊两种表述是等价的违背其一，必违背另一。(Seep.369~370)[例3-1]利用热Ⅱ律证明：一条等温线和一条绝热线不可能相交于两点。证：PVO等温线绝热线假设两线可相交于两点(如图)，则可

3、构成一正循环，它违背开尔文表述，不可能实现，因此原假设不成立。§3.3熵(Entropy)⒈熵的引入⑴对于卡诺循环将Q2改写为Q2——吸热量，则有⑵对于任意可逆循环PVOTidQi可证：即Reversible⑶熵的定义类似于保守场中的势函数定义：(克劳修斯熵公式)Note:熵取决于系统的状态，是态函数。⑷不可逆过程中的熵变卡诺定理指出：对于不可逆卡诺循环，有将Q2改写为Q2——吸热量，则有可证：对任意不可逆循环，有Irreversible(Seep.373~375)于是，对任意不可逆过程12，有因此⑸任意过程中的熵变⒉熵增加原理(EntropyPrin

4、ciple)——对于孤立系统中发生的任何过程，系统的熵或者增加(如果过程是不可逆的)，或者保持不变(如果过程是可逆的)。[来历]对任何过程，有对孤立系统，有dQ=0Note:熵增加原理与过程进行的方向相联系，可看成是热Ⅱ律的数学表述。[例3-2]绝热自由膨胀后的熵变。V2V解：初态：T,V末态：T,2V设计一可逆过程(等温膨胀)以计算熵变.该结果符合熵增加原理！Note:开放系统中的不可逆过程，熵不一定增加。e.g.人体的生长。§3.4热Ⅱ律的微观意义热Ⅱ律熵增加原理自然过程的方向性微观上：大量分子热运动从相对有序状态向相对无序状态转变。e.g.①功变热分子

5、的有序运动转变为无序运动，无序程度增大。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。——热Ⅱ律的微观意义微观上无序增大宏观上熵增加熵是系统无序程度的量度玻尔兹曼熵公式：定量关系无序程度大微观状态多大S大系统宏观状态的热力学概率(一个宏观状态中所包含的微观状态数)e.g.容器中有N个分子将容器划分为左右两半区域考察分子的分布平衡态的热力学概率N左N右0N11N-12N-2………N0Sterling公式：当M很大

6、时当N很大时,对于N左=N右的分布，有N左ON/2N图形表示每一微观状态出现的概率相同最大的宏观状态出现的概率最大——宏观上的平衡态Notes:①涨落(fluctuation)接近平衡态的那些宏观态会以一定的概率出现处于平衡态的系统，状态参量会有局部起伏——涨落②远离平衡态的宏观状态实际上不可能出现e.g.N左=N,N右=0：=1Noobservable!出现的概率：1/2N令N=6.021023则宇宙年龄~1018秒③与是一致的e.g.绝热自由膨胀：V2V设膨胀前则膨胀后SUMMARY⒈过程可逆性的概念⒉热Ⅱ律的两种表述⒊熵克劳修斯熵公式

7、：玻尔兹曼熵公式：——熵是状态的函数——熵是系统无序程度的量度熵增加原理：孤立系统中的过程⒋热Ⅱ律的微观意义EXERCISES⒈下列说法中，哪些是正确的？⑴可逆过程一定是平衡过程⑵平衡过程一定是可逆的⑶不可逆过程一定是非平衡过程⑷非平衡过程一定是不可逆的(A)⑴、⑷(B)⑵、⑶(C)⑴、⑵、⑶、⑷(D)⑴、⑶答案：(A)理由：可逆过程无摩擦的准静态过程答：⒉热力学第二定律的克劳修斯叙述和开尔文叙述各是怎样的？⑴热量不能自动地从低温物体传向高温物体。⑵从单一热源吸热并把它全部转变为功的循环过程是不存在的。⒊气体的两条绝热线不能相交于两点，是因为违背。气体的等温

8、线和绝热线不能相交于两点，是因为违背。解：⑴热力学第