7熵增原理+.ppt

1、1,解：设计一可逆过程来计算,a）,例: 1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1 到V2 ，求熵的变化,等温过程,b）,等压+等容（1-3-2）,2,解：设计一可逆过程来计算,c）绝热+等容（1-4-2）,例: 1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1 到V2 ，求熵的变化,3,例：1kg 0 oC的冰与恒温热库(t=20 oC )接触，最终系统熵的变化多少?,解：,求0oC的冰变成20oC 水的熵变：,设计可逆过程：分两步：,第一步： 0oC的冰等温融化成0oC的水，熵变S1,第二步： 0oC水与一系列温度逐渐升高热库接触，升温到20oC ，熵变S2,4,热库，设计等温放热过程,总熵变化,2),热库的熵变？,

2、例：1kg 0 oC的冰与恒温热库(t=20 oC )接触，最终系统熵的变化多少?,5,凡例,证明绝热线与等温线不能相交于两点,1,(2)由热力学第一定律，,（1）由过程方程,等温线,绝热线,应同时成立，1和2必是一个点。,（3）由热力学第二定律,等温过程：T1 = T2,绝热过程：T1T2,二者矛盾,系统只从单一热源吸热,完成一个循环，系统对外作功,并一切恢复原状,违背热力学第二定律的开尔文表述,例：,6,例：对于理想气体，下图哪些循环过程不可能实现？,（A）,（B）,（C）,(A)、(C),7,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

3、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。,判断下列说法中哪一种是不正确的,例:,关于可逆和不可逆过程的判断， （1）准静态过程一定是可逆过程； （2）可逆的热力学过程一定是准静态过程； （3）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程； （4）凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。 正确的是（ ） （A）（1）、（2）、（3）； （B）（1）、（2）、（4）； （C）（2）、（4）； （D）（1）、（4）。,9,一、熵增加原理,推广到任意的不可逆循环,系统在高低温热源之间经历一不可逆循环,热源温度,对可逆过程积分（熵增）要比对不可逆积分大,6-7 熵增加原理 热力学第

4、二定律的统计意义,10,热源温度,绝热系统,可逆,不可逆,孤立系统,熵增加原理：在绝热（孤立）系统中发生的任何不可逆过程，都导致整个系统熵的增加，系统的熵只有在可逆过程中才是不变的。,11,绝热系统,可逆,不可逆,孤立系统,说明：（1）熵是态函数。始末状态确定，熵增就确定。 如果上述可逆过程和不可逆过程的初态相同，那么末态一定不同。,例:一绝热容器，若中间以隔板隔开，左半部分充满理想气体，其压强为P0，容积为V0，右半部分是是真空，容积为V0， (1) 当抽开隔板达到平衡后，求熵变 (2) 隔板换成活塞，让它非常缓慢地 向右移动至终态容积为2V0时，求熵变,(1)非准静态过程，设计等温膨胀过程

5、,(2)准静态过程，绝热膨胀过程,12,由绝热材料包围的容器被隔板隔为两半，左边是理想气体，右边是真空如果把隔板撤去，气体将进行自由膨胀过程，达到平衡后气体的温度_(升高、降低或不变)，气体的熵_ 增加、减小或不变),不变,13,增加,14,绝热系统,可逆,不可逆,孤立系统,说明：（2）自发过程（或不可逆过程）是初始平衡态被破坏之后，经一系列不平衡态到达平衡态的过程。熵增原理表明相对于非平衡态，平衡态的熵具有最大值。,15,绝热系统,可逆,不可逆,孤立系统,说明：（3）对于非绝热或非孤立系统，其中发生的过程，熵可能增加，也可能减少。,16,等体过程：,例： 设理想气体的热容量为常量。求：（1）

6、理想气体经可逆等温、等压、等体、绝热过程的熵变；（2）理想气体由任意可逆过程的熵变。 解：,等压过程：,绝热过程：,等温过程：,任意过程：,绝热线是等熵线,17,什么是 宏观状态 所对应 微观状态？,任一宏观状态所对应的微观状态数,热力学几率：,W,理想气体处于 平衡态,平衡态的宏观参量不随时间变化，然而，从微观上来看，它总是从一个微观状态变化到另一个微观状态，只是这些微观状态都对应同一个宏观状态而已。,二、 热力学第二定律的统计意义,系统的同一个宏观状态可能对应于非常多的微观状态,先讨论由四个粒子组成的系统,18,分子位置的分布,（微观态）,A,B,6,1,4,4,1,1/16,4/16,4

7、/16,1/16,6/16,共 16 种微观态,分子数的分布,（宏观态）,A,B,5 种宏观态,W,19,对应微观状态数目多(W大)的宏观状态出现的几率最大,左4右0,左3右1,左2右2,左1右3,左0右4,W,20,N=1023,21,两侧粒子数相同的宏观态 微观状态数目最多(W最大),22,出现的几率最大,平衡态,有序 无序,W不是最大值的非平衡态 W为最大值的平衡态,孤立系统、自然过程,功转变成热量,气体自由膨胀,玻耳兹曼从理论上证明其关系如下：,上式称为玻耳兹曼关系，k 为玻耳兹曼常数。,熵的这个定义表示它是分子热运动无序性或混乱性的量度。系统某一状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。,三、 玻耳兹曼关系,23,热力学第二定律的表述：,热量不能 自动地