8–6-熵和熵增加原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,86 熵和熵增加原理,上页,下页,末页,退出,首页,第三篇 热学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,86 熵和熵增加原理,上页,下页,末页,退出,首页,第八章 热力学基础,第三篇 热学,一、克劳修斯等式,对工作于两恒温热源T1，T2的不行逆热机，由卡诺定理,P,V,O,二、熵增加原理,1用克劳修斯等式定义熵,定义：,S,是与过程无关的态函数，称为,熵,。,是态,A,到态,B,的,熵增,。,P,V,O,A,1,2,B,可逆元过程的熵变为,2熵是系统的状态函数,规定了基准状态及其熵值后，系统的每一平衡态都有一确定的熵值。熵是状态的单值函数。始末状态的熵变只打算于始态和末态，而与过程无关，不管过程是可逆的还是不行逆的。,两种计算熵变的方法：,（,1,）先把熵变作为状态参量的函数求出来，然后代入状态参量计算熵变,（,2,）利用,计算熵变。,积分路经必需是连接始、末两态的任一可逆过程，假设系统实际经受的是不行逆过程，那么必需设计一个连接同样始、末两态的可逆过程来计算。,注意,3熵具有可加性,熵的可加性是指系统的总熵等于系统中各部分的熵的总和。,4熵增加原理,可以证明，对于任意过程有,式中等号适用于可逆过程，不等号适用不可逆过程。,当系统经历绝热过程时，,d,Q,=0,，于是,绝热过程中系统的熵永不削减；可逆绝热过程熵不变，不行逆绝热过程熵增加。这就是熵增加原理。,熵增加原理又可表述为：一个孤立系统的熵永不会削减。,熵增加原理是热力学其次定律的数学表述。,5抱负气体熵变的计算公式,对理想气体可逆过程：,又,【,例题87,】,1mol,双原子分子理想气体，初态体积为,V,1,，经自由膨胀，末态体积能 ，求该过程的熵变。,解：方法一：用抱负气体熵变公式计算,A,B,T,1,V,1,T,2,V,2,方法二,：用式 计算。,该例说明熵是状态量，只要初末状态确定，连接该两态的任何过程，不管可逆与否，熵变都一样。,设计一个可逆的等温膨胀过程，可连接,A,与,B,，有,A,B,P,V,V,1,V,2,等温,三、热力学其次定律的统计意义,热力学其次定律的实质：自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆过程。,不行逆过程的本质,系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进展的过程。,无序,有序,热功转换,完全,功,不,完全,热,非,自发传热,自发传热,高温物体,低温物体,热传导,非均匀、非平衡,均匀、平衡,扩散过程,自发,外力压缩,一切自发过程的普遍规律,概,率小的状态,概,率大的状态,1系统的热力学概率,争论 N 个可分辩的粒子集中在左空间的概率 W,N,1 2 4,N,W,N,=1,N,=2,第 种分布的可能状态数,N,=4,A,B,b,a,c,d,序号,微观态,宏观态,宏观态的热力学概率,A,B,A,B,1,a b c d,0,4,0,1,2,a b c,a b d,a c d,b c d,d,c,b,a,3,1,4,3,a b,c d,a c,b d,a d,b c,c d,a b,b d,a c,b c,a d,2,2,6,4,d,c,b,a,a b c,a b d,a c d,b c d,1,3,4,5,0,a b c d,0,4,1,系统的热力学概率:16,均匀,分布,系统的热力学概率2,33,=8,589,934,592,宏观状态,宏观态的热力学概率,W,/,序号,A,(,n,),B,(,N,n,),1,14,19,818 809 200,0.095 3,2,15,18,1 037 158 320,0.120 7,3,16,17,1 166 803 110,0.135 8,4,17,16,1 166 803 110,0.135 8,5,18,15,1 037 158 320,0.120 7,6,19,14,818 809 200,0.095 3,33个分子的位置分布,热力学其次定律的统计意义：,一个不受外界影响的封闭系统，其内部发生的过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进展，由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进展。,2玻耳兹曼关系,由熵的可加性和热力学概率的相乘性可以证明熵与热力学概率的函数形式是自然对数，即,现由抱负气体自由膨胀，确定上式中常量C。,由于抱负气体自由膨胀过程的熵变为,将,V,2,/,V,1,2，,2,/,1,2,N,，代入上式得,玻耳兹曼关系,热力学概率:微观状态数无序度、混乱度。,2熵是孤立系统的无序度的量度。平衡态熵最大W 愈大，S 愈高，系统有序度愈差。,1熵的概念建立，使热力学其次定律得到统一的定量的表述。,意义,3从有序到无序,假设系统只有一个微观态，即1，依据玻耳兹曼关系，系统的熵S=0，这种系统是完全有序的，每个分子的状态能被唯一地确定。当系统变化到包含多个微观态时，其1，S0，系统中每个分子的状态不行能唯一地确定，这时系统由有序变化到无序。系统所包含的微观状态数越多，系统就越无序，系统的热力学概率和熵也越大。故系统的熵是系统无序性的量度，这就是熵的统计意义。全部从有序到无序的变化过程，随着无序程度的增加，系统的熵值也随之增加。,思考题,813,下面的说法是否正确，为什么？“若从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的 必大于可逆途径 。,将进酒,唐 李白,君不见黄河之水天上来，,奔流到海不复返。,大自然的势差衰竭，熵增大。,君不见高堂明镜悲白发，,朝如青丝暮成雪。,生命年轻，熵增大,人生得意须尽欢，,莫使金尊空对月。,不必刻意去抑止熵增大，而应准时，尽情地顺应他，享受他,学问拓展：,天生我材必有用，千金散尽还复来。,开放的我有力量猎取负熵流，让散尽的千金无序再还复来变有序。,烹羊宰牛且为乐，,会须一饮三百杯。,岑夫子，丹丘生，,将进酒，杯莫停。,与君歌一曲，,请君为我倾耳听。,钟鼓馔玉缺乏贵，,但愿长醉不复醒。,古来圣贤皆孤独，刻苦阻止熵增大者,惟有饮者伴随熵增大者留其名。,陈王昔时宴平乐，,斗酒十千恣欢谑。,仆人何为言少钱？,径须沽取对君酌。,五花马，千金裘，,呼儿将出换美酒，经济上的熵增大：酒换不回同样的马和裘,与尔同消万古愁。消退哀痛，远离平衡态,【补充例题】1kg 0 oC的冰与恒温热库t=20 oC 接触，冰和水微观状态数目比？熔解热=334J/g最终熵的变化多少？,解：冰溶化成水,水升温，过程设计成准静态过程，即，与一系列热库接触,由玻耳兹,曼熵公式,