不可逆过程课件

循环过程：课前复习热机效率：制冷系数：卡诺？循环过程：课前复习热机效率：制冷系数：卡诺？热力学第一定律：一切热力学过程都应满足能量守恒。但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?热力学第二定律：满足能量守恒的过程不一定都能进行!过程的进行还有个方向性的问题。问题:热力学第二定律热力学第一定律：一切热力学过程都应满足能量守恒。但满足能量守3.4.1自然过程的方向

重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。

水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。··水叶片重物重物绝热壁焦耳热功当量实验凡符合热力学第一定律的过程---即符合能量守恒的过程是否都能实现呢？3.4.1自然过程的方向重物下落，功全部转化成热而热量自动从低温物体传到高温物体不可能高温低温自动

气体自由膨胀是可以自动进行的,但自动收缩的过程谁也没有见到过。

“一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，都存在一定的方向性

----存在着时间箭头”热量自动从低温物体传到高温物体不可能高温低温自动气体自由膨

生命过程就是不可逆的:

出生“今天的你我怎能重复过去的故事!”

童年

少年

青年

中年

老年

年华易逝，且学且珍惜落叶永离，覆水难收。生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我童年少年青年6过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√

热传导高温热量低温高温热量低温√

气体扩散分离混合分离混合√

一些自然过程的方向：全部全部6过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√热传导高温热量低7

3.4.2

热力学第二定律及其微观意义

一.热力学第二定律的表述1.克劳修斯(Clausius)表述:热量不能自动地从低温物体传向高温物体

克劳修斯（clausius，1850）或说“其唯一效果为热量从低温物体传向高温物体的过程是不可能发生的”Q

T1（高）

T2（低）73.4.2热力学第二定律及其微观意义一.热力学第二定82.开尔文(Kelvin)表述:其唯一效果为热全部转变为功的过程是不可能的热机是把热转变成了功,但还有其它变化(还有些热量从高温热源传给了低温热源)开尔文（Kelvin，1851）热机是否违反开尔文表述？82.开尔文(Kelvin)表述:热机是把热转变成了功,但还9第二类永动机又称单热源热机，其效率

=1，即热量全部转变成功。（前人卡诺给他打下了基础）A

=QQT第二类永动机另一种开氏表述是“不存在第二类永动机”9第二类永动机又称单热源热机，其效率=1，即热量全部转10理想气体等温膨胀过程不是把热全部转变为功吗？是把热全部变成了功，但伴随了其它变化(系统体积膨胀）A=QV1

TQV2

10理想气体等温膨胀过程不是把热全部转变为功吗？是把热全部11二.两种表述的等价性

1.若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。反证法：克氏表述成立开氏表述成立等价设开氏表述不成立则克氏表述不成立A=Q1T1Q1

T1T2Q2Q1+Q2

T2

Q2Q1T1A11二.两种表述的等价性1.若克氏表述成立，则开氏表述122.若开氏表述成立，则克氏表述也成立。反证法：设克氏表述不成立T1T2Q2Q1+Q2Q2A=Q1等价Q1T1A则开氏表述不成立T1T2Q2克氏表述成立开氏表述成立122.若开氏表述成立，则克氏表述也成立。反证法：设克氏13[例]试证明在p

V图上任意物质的一条等温线和一条绝热线不能相交两次。证：用反证法，设等温线和绝热线能相交两次。绝热线（等S线）等温线QA=QpV

则如图示，可构成一个单热库热机，从而违反热力学第二定律的开氏表述，故假设不成立。13[例]试证明在pV图上任意物质的一条等温线和一条143.4.3过程的可逆性一.定义1.可逆过程（reversibleprocess）：可逆过程是这样一种过程,它的每一步都可以沿相反的方向进行,而当系统沿相反的方向回到原状态时,外界也恢复到原状态。(即系统和外界都复原)如不可能使系统和外界都完全复原，则此过程叫做不可逆过程。

为什么一切自然过程(实际过程)都是不可逆过程？有摩擦损耗非准静态过程

143.4.3过程的可逆性一.定义1.可逆过程（reve15

二．可逆过程的重要特征

摩擦是功变热的过程，它肯定是不可逆的；非准静态过程也是不可逆的：无摩擦+准静态

因为非静态过程的中间态（一般是非平衡态）非常复杂,没有统一的状态参量,这种过程沿反方向进行时,每一步都做到是原来沿正方向进行时的重演是不可能的。可逆过程是比准静态过程更加理想化的过程，有重要的理论意义与实际意义。15二．可逆过程的重要特征摩擦是功变热的16可逆过程的例子：一粒粒地放上极小极小的细沙粒，无摩擦绝热活塞绝热缸壁恒温热源T（1）可逆等温压缩一粒粒地取走沙粒，系统和外界都复原！（2）可逆绝热压缩无摩擦+准静态有一条不满足就是不可逆绝热压缩！无摩擦+准静态16可逆过程的例子：一粒粒地放上极小极小的细沙粒，无摩擦绝热堂上小议（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；（3）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；（4）非准静过程一定是不可逆过程。请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是不正确的随堂小议堂上小议（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可小议链接1（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；（3）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；（4）非准静过程一定是不可逆过程。请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是不正确的随堂小议小议链接1（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是小议链接2（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；（3）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；（4）非准静过程一定是不可逆过程。请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是不正确的随堂小议小议链接2（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是小议链接3（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；（3）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；（4）非准静过程一定是不可逆过程。请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是不正确的随堂小议小议链接3（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；（3）不可逆过程一定找不到另一个过程使系统和外界完全复原；（4）非准静过程一定是不可逆过程。请在放映状态下点击你认为是对的答案判断下列说法中哪一种是不正确的随堂小议小议链接4（1）可逆过程一定是准静过程；（2）准静过程一定是可逆过程；22（以气体自由膨胀为例来说明）

一.微观状态与宏观状态

表示左，右中各有多少个分子

----称为宏观状态表示左，右中各是哪些分子

----称为微观状态AB将隔板拉开后,气体自由膨胀§3.4.4热二律的统计意义22（以气体自由膨胀为例来说明）一.微观状态与宏观状态表23左4，右0的宏观态，微观状态数1左3，右1的宏观态，微观状态数4左1，右3的宏观态，微观状态数4左0，右4的宏观态，微观状态数1左2，右2的宏观态，微观状态数623左4，右0的宏观态，微观状态数1左3，右1的宏观态，左245种宏观态相应的微观态数目分布图

左4右0

左3右1

左2右2

左1右3

左0右40123456统计理论的“等概率”基本假设：对于孤立系统,各微观状态出现的概率是相同的。对应微观状态数目越多的宏观态,

其出现的概率越大。245种宏观态相应的微观态数目分布图左4右0左325与平衡态的微小偏离，就是涨落（始终存在）两边粒子数相同时概率最大，对应于平衡态若

N

=1023总微观状态数16:5种宏观态出现的概率为(已归一)

左4右0

和左0右4

概率各为1/16；

左3右1

和左1右3

概率各为4/16；

左2右2

概率为6/16（出现概率最大）。对应于微观状态数最多的宏观态就是系统的平衡态N=1023概率N/2Nn25与平衡态的微小偏离，就是涨落（始终存在）两边粒子数相同时26

某一宏观态所对应的微观状态数目，叫该宏观态的热力学概率，用

表示

讨论：全部分子自动收缩到左边的宏观态出现的热力学概率是多少？当分子数N=NA(1摩尔)时,二.热力学概率

:全部分子自动收缩到左边的宏观态原则上虽然可以出现，但实际上不可能出现！当分子数N

=4时,

(已归一化)26某一宏观态所对应的微观状态数目，讨论：全部分子自动收27例.用铅字随机排版，写出一百万字的小说可能吗？

热二律（自然过程的方向性）的定量表述:“热力学概率

总是沿增大的方向发展”。…比全部分子自动收缩到左边的概率还大得多得多！孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡27例.用铅字随机排版，写出一百万字的小说可能吗？热二律（28三.热力学第二定律的统计意义平衡态—

最概然态非平衡态非平衡态平衡态自发

“

一个孤立系统其内部自发进行的过程，总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡”——热二律的统计意义28三.热力学第二定律的统计意义平衡态—最概然态非平衡29功→热：有序运动→热运动热传导：速度分布无序性增加自由膨胀：空间分布无序性增加所以，自然过程（不可逆过程）总是沿着无序性增加（熵增加）的方向进行。熵增加热力学第二定律是个统计规律，它只适用于大量分子的系统。对于不可逆过程，例如：29功→热：有序运动→热运动热传导：速度分布无序性增加自由膨30自然界中发生的热力学过程都是有方向性的，如：热传导、气体自由膨胀、扩散等。判断前一个不可逆过程方向的标准是温度的高低，判断后一个不可逆过程的标准是分子密度的大小。这样，对不同的过程就有不同的标准来判断。为了把判断不可逆过程方向的