大学物理 热力学第二定律概要课件.ppt

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1、§11.1自然过程的方向§11.2不可逆性相互依存§11.3热力学第二定律及其微观意义§11.4热力学概率与自然过程的方向§11.5玻尔兹曼熵公式与熵增加原理§11.6可逆过程§11.7克劳修斯熵公式§11.8熵增加原理举例十一章热力学第二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？前言实际过程的进行有方向性，满足能量守恒的过程不一定都能进行。热力学第二定律：自然过程（不受外来干预，例如孤立体系内部的过程）总伴随着分子混乱程度或无序程度（用“熵”来量度）的增加。§11.1自然过程的方向

2、性1、功热转换水功热：重物下落，功全部转变成热水温降低，产生水流，推动叶片转动，提升重物，而不引起其它任何变化。—称：过程能“自动”发生。通过摩擦使功变热的过程是不可逆的，逆过程不能自动发生。—过程不能自动发生。，并且不引起其它任何变化。热功：因为引起了气体体积膨胀。不可逆：单一热源热机（第二类永动机）不能制成。而气体不能自动压缩，逆过程不能自动发生。理想气体能从单一热源吸热作等温膨胀，可把热全部转变成功。热库TT–T绝热壁做功【思考】热功是可逆的？有限温差的两个物体相接触，热量总是自动由高温物体传向低温物体。相反过程不会自动发生。

3、当然，用致冷机可把热量由低温物体传向高温物体。有限温差热传导不可逆。高温热库T1低温热库T2AQ1Q2工质但外界必须对工质做功，这引起了其它效果。2、热传导3、气体的绝热自由膨胀气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。非平衡态平衡态非平衡态平衡态：可以自动进行平衡态非平衡态：不能自动进行，气体不能自动压缩。§11.2不可逆性相互依存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，则其它实际过程的不可逆性也就随之消失了。总结：实际宏观过程都涉及热功转换、热传导和

4、非平衡态向平衡态的转化。所以，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。功变热不可逆性消失热由高温物体传向低温物体不可逆性消失T>T0TQA热库T0低温T0高温TQ导致“第二类永动机”可制成!高温热库T1T1>T2Q2低温热库T2功变热不可逆性消失热由高温物体传向低温物体不可逆性消失Q1－Q2A高温热库T1Q1Q2AA热库T0Q功热转换方向性消失气体可以自动压缩各种自然过程的方向性具有共同的本质。可选任一自然过程描述自然过程的方向性。绝热壁Q结论：§11.3热力学第二定律及其微观意义一、定律的宏观表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起

5、其它变化。2、开尔文（Kelvin)表述（1851）或，不存在第二类永动机。1、克劳修斯(Clisuis)表述（1850）克氏和开氏两种表述等价。不可能从单一热库吸热，使之完全变为有用功而不产生其它影响。二、热力学第二定律的微观意义例1、功热转换：不可逆性的微观本质：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。分子速度方向有序更无序内能机械能（电能）例2、热传导：速度大小的分布较有序更无序T2T1TT例3、气体自由膨胀三、热力学第二定律只适用于大量分子的体系位置的分布较有序更无序自动压缩概率自动压缩概率1023§11.4热力

6、学概率与自然过程的方向“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？14微观状态：微观上可区分的每一种分布玻耳兹曼认为：从微观上看，对于一个系统的状态的宏观描述是非常不完善的，系统的同一个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。一、微观状态和宏微观状态微

7、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41146401234564个粒子的分布左4，右0左3，右1左2，右2左1，右3左0，右4nN=1023Nn微观态总数：左右分子数相等的微观态数：应用Stirling公式：ΩN/2n—微观态数大的宏观态出现的概率大对孤立系，各个微观状态出现的概率相等。三、热力学概率任一宏观态所对应的微观态数称为该宏观态的热力学概率ΩN/2nnN=1023Nn二、等概率原理—系统无序程度的量度1、平衡态—热力学概率取最大值的宏观态3、分子间的频繁碰撞，系统自动向热力学概率

8、增大的宏观状态过渡，最后达到取最大值的平衡态。2、宏观态的该宏观态出现的概率结论：尽管分子的微观动力学是可逆的，但热力学体系的宏观过程是不可逆的。ΩN/2nN/2N=