热力学第二定律的统计意义 熵ppt课件.ppt

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1、克劳修斯（RudolphClausius1822～1888），德国物理学家，是气体动理论和热力学的主要奠基人之一.1865年，他被选为法国科学院院士.他是历史上第一个精确表示热力学定律的科学家，提出了热力学第二定律的最著名的克劳修斯表述，并引入态函数—熵，给出了可逆循环过程中热力学第二定律的数学表示形式.克劳修斯第一次推导出著名的理想气体压强公式，明确提出了物理学中的统计概念.1可逆卡诺机一克劳修斯等式如何判断孤立系统中过程进行的方向？用热力学第一定律中关于作为代数量的规定,得2结论：可逆卡诺循环中，热温比总和为零.热温比等温过程中吸收或放出的热量与热源温度之比.任意的可逆循

2、环可视为由许多可逆卡诺循环所组成.3一微小可逆卡诺循环对所有微小循环求和时，则结论:对任一可逆循环过程，热温比之和为零.4二熵熵的计算可逆过程ABCD可逆过程5在可逆过程中，系统从状态A变化到状态B，其热温比的积分只决定于初末状态而与过程无关.可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称为熵(符号为S）.热力学系统从初态A变化到末态B，系统熵的增量等于初态A和末态B之间任意一可逆过程热温比（）的积分.物理意义6无限小可逆过程熵的单位可逆过程7二熵变的计算（1）熵是态函数，与过程无关.因此,可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变.（2）当系统分为几个部分时，各部分的熵

3、变之和等于系统的熵变.8[例8-7]理想气体绝热自由膨胀过程的熵变是多少？解9在态1和态2之间假设一可逆等温膨胀过程12系统经过自由膨胀这一不可逆绝热过程0>DS10[例8-8]在绝热室中有两个完全相同的孤立物体，其温度分别为、（），其定压比热容均为，且为常量.现使两物体热接触达到热平衡，试求在次此过程中的熵变.解此过程是一个等压下的热传递过程.设热平衡的温度为11因为这是一个不可逆过程，为了计算熵变应设想一连接初终态的可逆过程.可设想其中一物体依次与温度相差无限小，温度从逐渐递升到的一系列热源接触而达到平衡，同样另一物体依次与温度相差无限小，温度从逐渐递减到的一系列热源接触

4、而达到平衡.12这两个物体的熵变分别为13系统总的熵变为当这说明孤立系统内部由于传热所引起的熵变也是增加的.0>DS14例计算不同温度液体混合后的熵变.质量为0.30kg、温度为的水，与质量为0.70kg、温度为的水混合后，最后达到平衡状态.试求水的熵变.设整个系统与外界间无能量传递.解系统为孤立系统，混合是不可逆的等压过程.为计算熵变，可假设一可逆等压混合过程.15设平衡时水温为，水的定压比热容为由能量守恒得16各部分热水的熵变17三熵增加原理：孤立系统中的熵永不减少.孤立系统不可逆过程孤立系统可逆过程孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加.≥1

5、8平衡态A平衡态B（熵不变）可逆过程非平衡态平衡态（熵增加）不可逆过程自发过程熵增加原理成立的条件:孤立系统或绝热过程.熵增加原理的应用：给出自发过程进行方向的判据.19热力学第二定律亦可表述为：一切自发过程总是向着熵增加的方向进行.熵增加原理的表达式是热力学第二定律的数学表述.20无序有序热功转换完全功不完全热热力学第二定律的实质：自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.四热力学第二定律的统计意义21非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导非均匀、非平衡均匀、平衡扩散过程自发外力压缩22讨论个粒子在空间的分布问题可分辨的粒子集中在左空间的概率无序度和微观状态数23

6、粒子全部集中在左空间的概率粒子均匀分布的概率可分辨粒子总数N=4各种分布的状态总数第种分布的可能状态数24N124NW0（左）熵与热力学概率玻耳兹曼关系式熵W热力学概率（微观状态数）,是系统内分子热运动的无序度的量度.25（2）熵也是孤立系统的无序度的量度.（平衡态熵最大.）（W愈大，S愈高，系统无序度愈高.）（1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述.26热力学第二定律的统计意义孤立系统内部发生的过程,总是由热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态进行.一切自发过程的普遍规律概率小的状态概率大的状态27玻耳兹曼的墓碑为了纪念玻耳兹曼给予熵以统计解释的卓越

7、贡献，他的墓碑上寓意隽永地刻着这表示人们对玻耳兹曼的深深怀念和尊敬.28耗散结构（1）宇宙真的正在走向死亡吗？实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化.（2）生命过程的自组织现象生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展.29（3）无生命世界的自组织现象云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等.（和外界有能量交换和物质交换的系统叫开放系统）（4）开放系统的熵变开放系统熵的变化30系统内部不可逆过程所产生的熵增加系统与外界交换能量或物质而引起的熵流孤立系统≥≥开放系统≥≤31