大学物理第9章热二定律熵

《大学物理第9章热二定律熵》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、例1．功热转换的方向性功热可以自发地进行(如焦耳实验)例2．热传导的方向性热量可以自动地从高温物体传向低温物体,但相反的过程却不能发生。热功能否自发地进行？（如焦耳实验的逆过程）9.4.1.热力学过程的方向性9.4热力学第二定律熵气体自由膨胀是可以自动进行的,但自动收缩的过程谁也没有见到过。例3.气体自由膨胀的方向性“一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，都存在一定的方向性----存在着时间箭头”生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我怎能重复过去的故事!”童年少年青年中年老年死亡一个系统从初态A变为状态B，如果我们能使系统进行逆向变化，从状态B回复到初态A，而

2、且当系统回复到初态A时，周围一切也都同时回复原状，则过程就称为可逆过程。如果系统不能回复到初态A，或系统虽然能回复到初态A，但却产生了其他效果，使周围不能同时回复原状，那么，过程就称为不可逆过程。无摩擦的准静态过程是可逆过程。是排除了自然过程中不可逆因素的理想过程。不可能制成一种循环动作的热机，只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。开尔文（Kelvin，1851）1．开尔文(Kelvin)表述:=1的热机是不可能制成的第二类永动机（单热机）不能制成高温热源T1为什么叫永动机？海水温差发电---海水能源的利用（不违背热力学第二定律）。海水温度降低0.

3、010C,够全世界用1000年。若海轮上有一个单热源热机…永动的海轮！9.4.2热力学第二定律2.克劳修斯(Clausius)表述:热量不能自动地从低温物体传向高温物体。克劳修斯（clausius，1850）高温热源T1低温热源T2必须有外界做功制冷机不违背热力学第二定律，注意“自动地”三个字。高温热源T1低温热源T23.两种表述的等价性违背开尔文表述，也必违背克劳修斯表述假定单热机是可以造成的，将它与一台制冷机联动高温热源T1低温热源T2高温热源T1低温热源T2整体效果等效于热量自动地从低温热源传到高温热源。违背克劳修斯表述，也必违背开尔文表述反之，假定热量能自动地

4、从低温热源传到高温热源，将它与热机联动，则整体等效于单热机。高温热源T1低温热源T2高温热源T1自然的宏观过程的不可逆性相互依存。一种实际过程的不可逆性保证了另一种过程的不可逆性。反之，如果一种实际过程的不可逆性消失了，则其他实际过程的不可逆性也就随之消失了。3.热力学第一定律与热力学第二定律的关系关系：（1）相互独立，相互补充；（2）都是实验事实的总结，不能由其他定律导出；（3）过程的方向服从热力学第二定律，过程本身服从热力学第一定律。热力学第一定律要求：在一切热力学过程中，能量一定守恒。但是，满足能量守恒的过程是否一定都能实现？热力学第二定律：自然过程的进行有方向性，满足

5、能量守恒的过程不一定都能进行。1.热力学第二定律的微观意义是：大量分子的运动总是沿着无序程度增加的方向发展。（1）功热转换（2）热传导机械能（或电能）热能9.4.3热力学第二定律的微观意义（3）气体绝热自由膨胀T2T1TT分子速度方向有序更无序速率大小的分布较有序更无序位置的分布较有序更无序“君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪？”韶华如流，人生易老，反映的是宏观世界的命运和情感。组成生命的各个分子、原子决不担心自己会老化，它们服从的运动规律是可逆的，对宏观世界里发生的一切漠不关心。—《热学》赵凯华、罗蔚茵分子微观运动规律是可逆的，为什么热力学体系的宏观过程是不可逆的？2.

6、热力学概率与自然过程的方向（以气体自由膨胀为例来说明）（1）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,气体自由膨胀问题：怎样定量地描写状态的无序性和过程的方向性？微观状态（位置）宏观状态微观态数左4，右0左3，右1左2，右2左1，右3左0，右4114645种宏观态相应的微观态数目分布图0123456统计理论的“等概率”基本假设：对于孤立系统,各微观状态出现的概率是相同的。对应微观状态数目越多的宏观态,其出现的概率越大。总微观状态数16:各种宏观态出现的概率为(已归一)左4右0和左0右4概率各为

7、1/16；左3右1和左1右3概率各为4/16；左2右2概率为6/16（出现概率最大）。某一宏观态所对应的微观状态数目，叫该宏观态的热力学概率，用表示。讨论：全部分子自动收缩到左边的宏观态出现的概率是多少？当分子数N=NA(1摩尔)时,热力学概率为1，归一化几率为当分子数N=4时,热力学概率为1，归一化几率为（2）热力学概率:左右均分的热力学概率和归一化几率为最大。热力学第二定律（自然过程的方向性）的定量表述:孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。自然过程总是向着使系统热力学几率Ω增大的