清华大学自用 大学物理一 教学课件第十九章 热力学第二定律.ppt

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1、问题：是否符合热一律的－－即符合能量守恒的过程都能实现呢？热机效率致冷机致冷系数19.1自然过程的方向性1.功热转换2.热传导3.气体的绝热自由膨胀一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的19.6可逆过程和不可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态,而且不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程.不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.可逆过程的条件自

2、然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程。19.2不可逆过程的相互依存各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互依存的即一种宏观过程的不可逆性保证了另一种过程的不可逆性。或反之，一种过程的不可逆性消失了，其它实际过程的不可逆性也就随之消失了。TAT0

3、膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.12WW低温热源高温热源卡诺热机WABCD卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.永动机的设想图2克劳修斯说法不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化.虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD注意1热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映了自然界过程进行的方向性.2热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.证明热力学第二定律两种表述的

4、一致性：高温热源T1低温热源T2ABQQ=WWQ2Q+Q2Q2Q2如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。高温热源T1低温热源T2ABWQ2Q1=QQQQ-Q2W如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。无摩擦力等耗散力作功的准静态过程才是可逆过程。证明两条绝热线不相交设两个绝热线交于B，可作一等温线与两条绝热线构成一循环，形成单热源热机，违反热力学第二定律。原假设不成立，两绝热线不能相交。证明一条等温线和一条绝热线不能有两个交点设等温线与绝热线有两个交点，则形成单

5、热源热机，违反热力学的二定律。一切自然过程总是沿着分子的无序性增大的方向进行功热转换机械功（电功）热能有序运动无序运动热传导T2T1动能分布较有序TT动能分布更无序气体自由膨胀位置较有序位置更无序楼塌是一个从有序到无序的过程不可收拾　　不可逆一切自然过程总是沿着分子热运动无序程度增大的方向进行。微观上无序增大宏观上熵增加熵是系统无序程度的量度——热Ⅱ律的微观意义19.4热力学概率与自然过程进行的方向F对于孤立系统，各个微观状态出现的可能性是相同的。对应于微观状态数最多的宏观状态就是系统在一定宏观条件下的平衡态——热力学概率(一个宏观状态中所包含的微

6、观状态数)，表征一个宏观状态下分子热运动的无序程度对孤立系统，在一定条件下的平衡态对应为最大值的宏观态若系统最初所处的宏观状态的微观状态数不是最大值，即为非平衡态。系统将随时间的延续向增大的宏观态过渡，最终达到平衡态。均匀分布微观状态数最大的定量说明假设气体总分子数为N，在某一个宏观态下A室中有n个分子。这一宏观态包含的微观态数目：两边取对数由斯特林公式：对微观态数Ω求极值解得A、B两室分子均匀分布时的宏观态所包含的微观态数目Ω最大。结论：自由膨胀过程实质上是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的宏观态方向进行。19.5玻尔兹曼公式与熵

7、增加原理热力学第二定律表明，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，而这种不可逆性并不取决于过程本身，而是反映了始末两个状态在性质上的差异。从统计意义上来认识，这种差异表现为始末两个宏观态所包含的微观态数目不同，并直接决定了过程进行的方向。引入反映热力学系统状态的一个态函数——熵（Ｓ）,单位：J·K-1玻尔兹曼的墓碑为了纪念玻尔兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献，他的墓碑上寓意隽永地刻着这表示人们对玻尔兹曼的深深怀念和尊敬.尼加拉瓜曾发行一套10枚特种邮票——改变地球面貌的十大公式：原始人计数规则毕达哥拉斯勾股定理阿基米德杠杆原理纳皮尔对数牛顿万有引

8、力麦克斯韦电磁波方程齐奥尔科夫斯基火箭飞行原理爱因斯坦质能公式德布罗意物质波波长玻尔兹曼