大学物理热力学第二定律.ppt

1自然过程的方向性2热力学第二定律3热力学概率4玻耳兹曼熵公式与熵增加原理5可逆过程和卡诺定理4克劳修斯熵公式,热力学第二定律,1自然过程的方向性,满足能量守恒的过程一定会实现吗？,功热转换过程具有方向性,（一）功热转换,摩擦生热机械能全部转化为热,而热全部转化为功而没有其他影响是不可能的。,焦耳实验,热机热转化为功。其他影响是向低温热源放热。,气体等温膨胀热全部转变成功,其他影响气体的体积发生变化,（二）热传导,T1T2,热量从系统1传到系统2,其反过程不会自动实现,热传导过程具有方向性。,（三）气体的绝热自由膨胀,气体绝热自由膨胀的过程具有方向性,一切与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，其相反过程不可能自然发生,过程中系统不吸热、不作功，内能、温度不变，唯一的变化是体积增大,实际宏观过程按一定方向进行的规律就是热力学第二定律,设气体的绝热自由膨胀的不可逆性消失，则气体可自动收缩气体的等温膨胀不可逆性也消失,因此可以用具有普遍意义的定律来表述，并且各种表述是等价的,2热力学第二定律,克劳修斯表述：热量不能自动地由低温物体传向高温物体。,开尔文表述：将热全部变成功而不产生其他影响的过程是不可能实现的。,（单热源热机是不可能制成的。）,各种自然过程的不可逆性是相互关联、相互依存的,3热力学概率,系统一个宏观状态对应多个微观状态,例如4个分子在容器中按位置的分布,某宏观态对应的微观状态数目,热力学概率,平衡态对应的最大,若系统初态非最大值，则处于非平衡态。系统将向平衡态转化，最后达到的最大值，即达到平衡态自然过程的方向性,假设所有的微观状态出现的概率相同的,对应微观状态数目多的宏观状态其出现的几率最大。,(40）,宏观态,(31）,(22）,(13）,(04）,微观态,5,16,左右,若分子数很大？,左右两侧粒子数相同时，最大,N=1023,N/2,N,n（一侧粒子数）,假设所有的微观状态出现的概率相同的,对应微观状态数目多的宏观状态其出现的几率最大。,4玻尔兹曼熵公式与熵增加原理,非平衡态到平衡态，是自然过程进行的方向，也可以用系统的有序度或无序度来说明宏观状态的有序度或无序度按其所包含的微观状态数目来衡量。,因微观状态数目太大，玻耳兹曼引入了另一量,熵：,普朗克定义,单位J/K,一、玻尔兹曼熵公式,三、熵增加原理,一定条件下若系统可分为两部分，则热力学概率,二、熵的可加性,在孤立系中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行。,5可逆过程和卡诺定理,实际热过程具有方向性或不可逆性，如功变热,可逆过程,一、可逆过程不可逆过程,X过程,若可找到一种方式使系统从B状态返回A状态时，将X过程产生的影响全部消除，即系统和外界全部复原，则X过程为可逆过程。,若无论用什么方式使系统从B状态返回A状态时，都不能将X过程产生的影响全部消除，即外界不能复原，则X过程为不可逆过程。,如何判断可逆过程？,能否找到一种方式使系统和外界还原,无摩擦的准静态过程（理想过程）是可逆过程,气体准静态膨胀时,作功A，吸热Q，内能变化,反过程：外力推动活塞使气体沿原过程的每一中间状态返回。,系统和外界复原,系统复原,无摩擦外力作功A=-A,1）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一切可逆热机，其效率都相等（等于卡诺热机的效率），与工作物质无关；,可逆过程,不可逆过程,可逆循环可逆机不可逆循环不可逆机,二、卡诺定理,2）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一切不可逆热机，其效率不可能大于可逆热机的效率。,任一可逆循环，用一系列微小可逆卡诺循环代替。,对任意热机,可逆热机,由卡诺定理,（等号对可逆机成