热学第四章-热力学第二定律资料.ppt

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1、热学第四章-热力学第二定律T各种自然的能实现的宏观过程，其不可逆性是相互沟通的例：功变热与热传导过程的相互依存假设，热可以自动转变成功，这将导致热可以自动从低温物体传向高温物体。§4.2不可逆性的相互依存假想装置TT0Q工质T0QAT0

2、TAQT恒温热库§4.3热力学第二定律及其微观意义一、宏观表述（1）克劳修斯表述：热量不可能自动从低温物体传到高温物体。（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。其唯一效果是热全部转变成功的过程是不可能发生的。两种表述的等效性Q1-Q2T1Q2Q1Q1-Q2=AQ2Q2T2否定克劳修斯表述必然否定开尔文表述（不可逆性表述的一致性或相互依存性）T1Q1Q1+Q2A=Q1Q2T2否定开尔文表述必然否定克劳斯表述Q2二、热力学第二定律的微观本质一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。功热转换机械功（电功）有序运动热传导T2T

3、1动能分布较有序TT动能分布更无序气体绝热自由膨胀位置较有序位置更无序热能无序运动热力学第二定律是一条统计规律§4.4热力学概率与自然过程的方向如何用数学形式表达热力学第二定律？左右宏观上看：左、右两部分各有多少粒子而不去区分究竟是哪个粒子。微观上看：具体哪个粒子在哪？编号为1什么是宏观状态所对应的微观状态？玻尔兹曼：从微观上来看，对于一个系统的状态的宏观描述是非常不完善的，系统的同一宏观状态实际上可能对应于非常非常多的微观状态，而这些微观状态是粗略的宏观描述所不能加以区别的。宏观态微观态14641左右abcdabcdabdcacdbbcdaabcdacbdbcadab

4、cdacbcbdadabcabdabdacdbcddcbaabcd14641acd两侧分子数相同时，Ω最大。因为各微观状态出现的几率相等，系统处于微观状态数最多的宏观状态出现的概率最大。2热力学概率n:左侧粒子数n任一宏观状态所对应的微观状态数称为该宏观状态的热力学概率，用Ω表示。Ω是状态量。nΩNN/2说明：1).对于孤立系，在一定条件下的平衡态（粒子均匀分布）的热力学概率Ω最大，平衡态是最容易被观察到的宏观状态。Ω不是最大值就是非平衡态。气体的自由膨胀过程是由非平衡态向平衡态转化的过程，是由Ω小的宏观状态向Ω大的宏观状态转化的过程。例：2).这里用到统计理论中的“等

5、概率假设”对于孤立系，各个微观状态出现的可能性（或概率）相同3).热力学概率Ω是分子运动无序性的一种量度热力学概率Ω是分子运动无序性的一种量度。Ω为极大值相对应的宏观平衡态是分子运动最无序的状态。孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。与之相反的过程没有外界影响，不可能自动进行。3.热力学第二定律的微观意义（另解）实质上反映了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；即由包含微观状态数少的宏观状态向包含微观状态数多的宏观状态进行。平衡态是分子运动最无序的状态！！一切自然过程总是按有序变无序的方向进行！普朗克定义熵是分子热运动无序性的量度。系

6、统某一状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。1熵—玻尔兹曼熵公式§4.5玻耳兹曼熵公式与熵增加原理熵是状态函数。平衡态相应于熵最大的状态。一个系统的两个子系统的热力学概率分别为Ω1和Ω2，熵分别为S1和S2则大系统的2熵具有可加性3.、热力学第二定律的数学表述——熵增加原理在孤立系所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行。（孤立系，自然过程）4证明理想气体绝热自由膨胀过程熵是增加的气体真空由玻尔兹曼公式计算熵:由于各分子的位置分布是独立的，所有分子在体积V内的位置分布的总状态数一个分子在容器内任一点的位置分布的可能状态数为ωV=xyz气体的体积：这一自然过程是熵增加

7、的过程。气体自由膨胀不可逆性的统计意义：气体自由收缩不是不可能，而是实际上永远不会出现!当绝热自由膨胀体积由时过程无限缓慢,没有耗散力作功。可逆过程实际并不存在，是为了从理论上分析实际过程的规律，引入的理想化概念。§4.6可逆过程1可逆过程实现的条件:可逆过程：不可逆过程：用任何其他方法都不能使系统和外界复原的过程。气体的绝热膨胀和压缩u——无摩擦的准静态过程外界压强总比系统小一无限小量，可缓慢膨胀。外界压强总比系统大一无限小量，可缓慢压缩；一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小量，这个过程就可以反向进行（其结果是系统和外界能同时回到