大学物理课件 热力学第二定律.ppt

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1、第16章热力学第二定律一、热力学过程的方向性功热转换的方向性功热功热高温低温热传导的方向性自动自动§16－1可逆过程与不可逆过程气体的绝热自由膨胀密度大密度小密度大密度小注意：这里的方向性，是指它们存在一个自动的、无条件的、自发的、勿须外界帮助而进行的方向。而不是其反方向不能实现，只是实现其反方向过程要产生“对外影响”。二、可逆过程与不可逆过程定义：一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来的状态，同时消除了系统对外界引起的一切影响），则原过

2、程称为可逆过程。反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原则原过程为不可逆过程。系统：初态ABCD……终态F’外界：初态A’B’C’D’……终态F终态F反过来，系统：外界：终态F’初态A初态A’…………DCBD’C’B’实现可逆过程的条件：系统的状态变化过程无限缓慢——准静态过程没有耗散（如摩擦）一、热力学第二定律的两种表述1）开尔文（Kelvin)表述（1851年提出）单一热源（T）热机不可能制造一种机器，只从单一热源吸收热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。§16－2热力学第二定律第二种永动机：

3、从单一热源吸收热量全部转化为机械功而不产生其它影响的一种循环动作的机器。Kelvin表述：第二种永动机是制造不出来的。含义：功热转换的方向性。2）克劳修斯（Clausius）表述（1850年提出）高温热源（T2）低温热源（T1）热量不会自动地从低温热源传向高温热源。3）两种表述的等到价性反证法：违反了Kelvin表述也就违反了Clausius表述，反过来违反了Clausius表述也就违反了Kelvin表述。含义：传热的方向性。Q2Q2高温热源（T1）低温热源（T2）A热机Q1Q2丙丁Q1+Q2热机高温热源

4、（T1）低温热源（T2）Q1热机Q2A甲乙2）在相同的高低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率，不可能高于可逆机。即：1）在相同高温热源（T1）和低温热源（T2）之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，其效率都相等。即二、Cornot定理（1824）三、热二律的统计意义（以气体的自由膨胀为例）设有一容器仅有四个分子abcdabccabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcddaccdababcadbadcbdccbadadbbd共有24=16个微观状态从宏观上可分为五个状态理想气体自由膨胀过程

5、反映系统内部自发发生过程，是由概率小的宏观态（包含的微观量子态少），向概率大的宏观态进行。统计意义：一个孤立系统内部所发生的过程由概率小的宏观态向概率大的宏观态方向进行，即从有序朝着无序和混乱度增加的方向进行。定义：某系统宏观状态的熵其中：为波尔兹曼常数为系统此时的微观状态数熵是状态量§16－3熵和熵增加原理一、Boltzman熵的表达式（从微观角度定义）和熵增加原理具有可加性对一个孤立系统发生的过程总是从微观状态数小的状态变化到大的状态。（）熵增加原理：在一个孤立系统（或绝热系统）可能发生的过程是熵增加或

6、保持不变的过程。当状态由状态‘1’变化到状态‘2’时系统的熵增量二、热力学熵对任意准静态循环过程：证明：由热力学第一定律得：状态1状态2对于循环过程，有：＝证毕！记为即：熵的克劳修斯公式（微分形式）积分形式表示：熵S是状态的单值函数，系统在1、2两态的熵差，等于沿1、2态间任一可逆过程的积分任选取一可逆过程,系统从初态()到末态沿此过程积分:解:由热一律:由求理想气体从状态()至()状态的熵变.三、熵的计算1、理想气体的熵：等容过程：等温过程：2、相变的熵：物质溶解熵的变化为：物质汽化熵的变化为：