第七章热力学基础课件

7,6,热力学第二定律,#,第,7,章 热力学基础,7,7,热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵,#,第,7,章 热力学基础,7,8,卡诺定理 克劳修斯熵,#,第,7,章 热力学基础,牛牛文库文档分享,等温膨胀过程是从,单一热源吸热作功，,而,不,放出热量给其它物体,但它不是循环过程,.,1,2,卡诺循环是循环过程，但,需两个热源,，且使外界发生变化,.,低温热源,高温热源,卡诺热机,1,2,3,4, 牛牛文库文档分享,牛牛文库文档分享,永 动 机 的 设 想 图, 牛牛文库文档分享 永 动 机,牛牛文库文档分享,第二类永动机,:,从单一热源吸热并全部变为功的热机,第二类永动机是不可能实现的。, 牛牛文库文档分享第二类永动机:,牛牛文库文档分享,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,.,热量不可能自动地由低温物体传向高温物体,.,高温热源,低温热源,卡诺致冷机,二 克劳修斯表述,1,2,3,4, 牛牛文库文档分享,牛牛文库文档分享,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，每种说法都反映出自然过程进行具有方向性,.,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,., 牛牛文库文档分享注 意,牛牛文库文档分享,对于孤立系统，从非平衡态向平衡态过渡是自动进行的，这样的过程叫,自然过程,.,三 自然过程的方向性,水只能自发地由高处向低处流；,热量只能自发地由高温处向低温处传递；,气体只能自发地由高压处向低压处流动；,摩擦生热的过程是不可能朝相反的方向进行。, 牛牛文库文档分享 对于孤立,牛牛文库文档分享,可逆过程,:,如果存在一个逆过程，该逆过程能使系统和外界同时完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界引起的一切影响），则原来的过程称为,可逆过程,.,四 可逆过程与不可逆过程, 牛牛文库文档分享 可逆过程:,牛牛文库文档分享,非,准静态过程为不可逆过程,.,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, 牛牛文库文档分享,牛牛文库文档分享,例,7.7,一乒乓球瘪了（并不漏气），放在热水中浸泡，它重新鼓起来，是否是一个“从单一热源吸热的系统对外做功的过程”，这违反热力学第二定律吗？,球内气体的温度变了, 牛牛文库文档分享例7.7,牛牛文库文档分享,一、热力学第二定律的微观意义,功热转换,机械功（电功）热能,有序运动,无序运动,热传导,T,2,T,1,动能分布较有序,T,T,动能分布更无序,气体自由膨胀,位置较有序,位置更无序, 牛牛文库文档分享一、热力学第二定,牛牛文库文档分享,大量分子从,无序程度较小（或有序）,的运动状态向,无序程度大（或无序）,的运动状态转化。,热力学第二定律的微观意义,一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。, 牛牛文库文档分享大量分子从无序程,牛牛文库文档分享,二、热力学概率与玻尔兹曼熵,1,、热力学概率,假设,A,中装有,a,、,b,、,c,、,d,4,个分子,（用四种颜色标记）。,开始时，,4,个分子都在,A,部，抽出隔板后分子将向,B,部扩散并在整个容器内无规则运动。,如何定量描述自然过程的方向性,?, 牛牛文库文档分享二、热力学概率与,牛牛文库文档分享,分布,（宏观态）,详细分布,（微观态）,A4B0,（,宏观态,）,微观态数,1,A3B1,（,宏观态,）,微观态数,4,A2B2,（,宏观态,）,微观态数,6, 牛牛文库文档分享分布详细分布A4,牛牛文库文档分享,分布,（宏观态）,详细分布,（微观态）,A1B3,（,宏观态,）,微观态数,4,A0B4,（,宏观态,）,微观态数,1,从图知,4,个粒子的分布情况,总共有,16=2,4,个微观态,。,A4B0,和,A0B4,微观态各为,1,，,几率各为,1/16,;,A3B1,和,A1B3,微观态各为,4,，,几率各为,4/16,，,A2B2,，,微观态为,6,，,几率最大为,6/16,。, 牛牛文库文档分享分布详细分布A1,牛牛文库文档分享,意味着此事件观察不到,若系统分子数为,N,，,则总微观态数为,2,N,，,N,个分子自动退回,A,室的几率为,1/2,N,。,1mol,气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到,A,室的几率为, 牛牛文库文档分享意味着此事件观察,牛牛文库文档分享,热力学概率,宏观态所对应的微观态数叫做该宏观态的热力学概率，用,表示,.,自然过程总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态进行，这就是,热力学第二定律的统计意义,., 牛牛文库文档分享热力学概率宏观态,牛牛文库文档分享,熵,（,2,）,熵是,系统内分子热运动的无序性的一种量度,.,（,越大，,S,越高，系统有序度越差,.,）,（,1,）,熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述,.,2,.,玻耳兹曼熵,对两个子系统 和, 牛牛文库文档分享熵（2）熵是系统,牛牛文库文档分享,在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，这就是,熵增加原理,., 牛牛文库文档分享 在孤立系,牛牛文库文档分享,（,1,）,在,相同,的高温热源和,相同,的低温热源之间工作的一切,可逆,热机，其效率都,相等,，与工作物质,无关,.,一 卡诺定理,（,2,）,在,相同,的高温热源和,相同,的低温热源之间工作的一切,不可逆,热机，其效率都,不可能大于,可逆热机的效率,.,(,不可逆,机,),（,可逆,机,）, 牛牛文库文档分享（1）在相同的高,牛牛文库文档分享,工作于高、低温热源,T,1,，,T,2,之间的热机效率,二 克劳修斯等式与不等式,采用,热力学第一定律,中对热量正负的规定,热温比,：系统从某一热源吸收的热量,Q,和该热源的温度,T,之比,., 牛牛文库文档分享工作于高、低温热,牛牛文库文档分享,结论：,卡诺循环中，系统热温比的总和总是小于 或者等于零,.,任意一个循环过程可看成一系列微小卡诺循环组成,对于任意循环,ABA,(,不可逆,循环,),（,可逆,循环,）,当,时，则,克劳修斯不等式, 牛牛文库文档分享结论：卡诺循环中,牛牛文库文档分享,在可逆过程中，系统从状态,A,改变到状态,B,其热温比的积分只取决于初末状态，与过程无关,.,据此可知热温比的积分是一态函数的增量，此,态函数,称,熵,.,可逆循环,三 克劳修斯熵,*,*,A,B,可逆过程, 牛牛文库文档分享 在可逆,牛牛文库文档分享,微小可逆过程,热力学系统从初态,A,变化到末态,B,，系统,熵的增量,等于初态,A,和末态,B,之间任意一可逆过程热温比（）的积分,.,物理意义,熵的单位,可逆过程,*,*,A,B, 牛牛文库文档分享微小可逆过程,牛牛文库文档分享,四 熵增加原理,孤立系统,不,可逆过程,孤立系统,可逆,过程,孤立系统中所发生的一切,不可逆,过程的熵总是,增加,，,可逆,过程熵不变，这就是,熵增加原理,。, 牛牛文库文档分享四 熵增加原理,牛牛文库文档分享,熵增加原理是热力学第二定律的数学表达式,.,它为我们提供了判别一切过程进行方向的准则,.,平衡态,A,平衡态,B,（,熵不变）,可逆,过程,非平衡态,平衡态（熵增加）,不可逆,过程,自发过程,熵增加原理成立的,条件,:,孤立系统或绝热过程,.,熵增加原理的应用：给出实际过程进行方向的判椐, 牛牛文库文档分享熵增加原理是热力,