2-4 热二定律1.ppt

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1、楼塌熵增热力学第二定律（Secondlawofthermodynamics）第四章系统状态改变的原因：系统与外界之间发生了功与热的交换。狭义定义：一个给定的过程，若其每一步都能借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称此过程为可逆过程。不可逆过程：系统不能复原或系统复原，外界没有复原系统ab外界AB可逆过程：4.6可逆过程符合热一律的过程，不一定能在自然界发生，例如：重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。水冷却使叶片旋转，从而提升重物，不违反热一律,但不可能自然进行。··水叶片重物重物绝热壁焦耳热功当量实验4.1自然

2、过程的方向性一些自然过程的方向：全部一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。热传导高温源低温源Q气体自由膨胀大小V气体混合分离混合功变热功热热力学第二定律，阐明热力学过程进行的方向的规律。由于各种实际自然过程的不可逆性是相互依存的，所以任何一个实际过程的进行的方向的说明都可以作为热力学第二定律表述热二定律常用两种表述：(1)开尔文表述(2)克劳修斯表述4.2热力学第二定律、不可逆性的相互依存只从单一热源吸取热量，使其全部转变成功而不引起其它变化的过程是不可能的(其唯一效果是热全部转化为功的过程是不可能的)。高温热源T1第

3、二类永动机（单源热机-只利用一个恒温热库工作）是不可能的。(1)指出了功→热过程的不可逆性。不产生其它影响，热不能全部转变成功。一、开尔文表述KA=Q（2）热机（循环）至少要有两个热源，在低温热源总要浪费掉一部分热量，热不能全部变为功。A=QV1TQV2左图所示过程是思考否违反热力学第二定律？理想气体等温膨胀，吸热全部变为功,但对外界产生了影响。热量不能自动地从低温物体传到高温物体。高温热源T1低温热源T2自发过程：不需要外界干预而自动进行的过程。特点：具有方向性，为不可逆过程。二、克劳修斯表述C制冷机可以使热量从低温物体传

4、到高温物体，但不是自动地。微观本质是大量分子的有序运动向无序运动的转化过程,分子运动方向的无序性增加.相反：无序运动自动转化为有序运动不可能。热力学第二定律的微观意义：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。4.3热二定律的微观意义功→热的不可逆性:热传导：速度大小分布无序性增加自由膨胀：空间分布无序性增加4.4ThermodynamicProbabilityandDirectionofNaturalProcesses热力学概率与自然过程的方向-热力学定律的数学形式1.玻耳兹曼对热力学第二定律微观本质的描述研究问题

5、：四个分子在容器左右相同两部分中的分布微观描述：四个分子各自的位置，是左还是右。宏观描述：不能区分出个体，只能说出左边有几个、右边有几个。研究对象：粒子之间无相互作用的经典粒子（可识别的粒子）自发过程的方向性从微观上看是大量分子无规运动的结果。以气体自由膨胀为例分析。热力学概率一种宏观状态对应的微观状态数分布（宏观态）详细分布（微观态）左4右0左3右1左2右2左1右3左0右414641微观态总数：2N,24=16左2右2分布的最大宏观状态一种宏观状态对应的微观状态数左(N1)右(N2)2001182190155155041191

6、67960101018476581216796051515504218190020120个分子的位置分布均匀分布对应的微观态数最多。全部退回一边仅对应一种微观态。1、分子数越多，左、右分子数差不多相等的宏观状态对应的微观状态数占微观状态总数的比例越大。2、对于实际系统1023，这个比例几乎是100%统计结果2.可观察到的宏观状态与微观状态的关系统计物理基本原理—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或概率）是相等的。所以，哪种宏观态包含的微观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。各种宏观态的出现不是等概率的。最可能观察到

7、的的宏观态就是出现概率最大的状态。因此，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。3.热力学第二定律的统计意义<1>平衡态—最无序的状态<2>非平衡态非平衡态平衡态自发“一个孤立系统其内部自发进行的过程，大的宏观态过渡”总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率——热二律的统计意义N若N=100，自动收缩（左100，右0）N个分子，若改变一次微观状态历时10-9s，则所有微观状态都经历一遍要。即30万亿年中（100，0）的状态只闪现10-9s。的概率为10-30。则：实际上是不可能被观测到的!4.5Boltzma

8、nnEntropyandPrincipleofEntropyIncrease玻耳兹曼熵与熵增加原理S=kln(k为玻尔兹曼常数）2、熵的微观意义：系统内分子热运动无序性的一种量度。熵是状态的函数。S与一一对应，越大，微观态数就越多，系统就越混乱越无序。1.