太原理工《大学物理》李孟春-6-4热力学第二定律

1、只要吸收的热量不大于内能的增加，不违反热力学第一定律。,6-4 热力学第二定律,由热力学第一定律知道,一切热力学过程都应该满足能量守恒。,但是满足能量守恒的过程都能进行吗?,Q,水释放热量，温度降低,水吸收热量，温度升高？,Q,?,一、自发过程,重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？ 只要重物势能增加不大于水的内能减少，不违反第一定律。,电流通过电阻，产生热量,对电阻加热，电阻内产生反向电流？ 只要电能不大于吸收热能，不违反第一定律。,1）自发过程有方向性； 2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是 要有附加条件； 3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。,自发过程：是指系统不需外力的

2、帮助，任其自然，就能自动发生的变化，称为自发过程 。,结论：,二、热力学第二定律,开尔文表述（1851）：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热对外做功而不产生其它影响。功转变为热的过程不可逆,1 热力学第二定律的两种表述,开尔文,各种宏观过程的方向性的相互沟通,说明宏观过程的进行遵从共同的规律热力学第二定律.,克劳修斯表述(1850)：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化.热传导过程的不可逆性。,克劳修斯,第二类永动机: 从单一热源吸热，并将所吸收的热全部变为功而无其他影响的机器.,第二种开尔文单表述：第二类永动机不可能造成。,三、 两种表述的等价性,违反开尔

3、文表述也就违反克劳修斯表述,违反克劳修斯表述也就违反开尔文表述,一.可逆过程 ：假设所考虑的系统由一个状态a出发经过某一过程达到另一状态b，如果存在另一个逆过程，它能使系统和外界完全复原，则这样的过程称为可逆过程。,1）系统复原,2）外界复原,6-4 可逆过程和不可逆过程 卡诺定理,二、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:,一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。,3）气体绝热自由膨胀是不可逆

4、过程,2）热传导是不可逆过程,1）功转换为热是不可逆过程,结论：,1） 在相同高温热源和低温热源之间工作的任 意工作物质的可逆机都具有相同的效率 .,2） 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率 .,不可逆机,可逆机,三、卡诺定理,孤立系统不可逆过程,孤立系统可逆过程,所有的不可逆过程都是相互依存的，找出一个判别所有不可逆过程的共同准则熵(S),6-4 熵 熵增加原理热力学 第二定律的统计意义,可逆卡诺热机的效率,熵的微观意义是系统内分子热运动的无序性的一种量度。,从微观上讲，孤立系统中一切自发过程或不可逆过程总是向无序性增大方向进行。,热力学第二定律的

5、统计意义,一、宏观状态和微观状态,微观状态 如果把每个分子编号，把容器分成 N 个部分，则这些分子的每种分布花样称为一种微观状态.,2. 宏观状态 如果不考虑分子之间的差别，只考虑每个部分有多少分子这样的状态称为宏观状态.,3. 热力学概率 与同一宏观态相应的微观态数目称为热力学概率,记为 .,热力学概率,宏观态,微观态,分子自动收缩的概率1/16,从上面例子中得到： 1) 4 个分子在容器中的分布对应 5 种宏观态。 2) 一种宏观态对应若干种微观态。,3) 不同的宏观态对应的微观态数不同。 4) 均匀分布对应的微观态数最多。 5) 全部退回 A 边仅对应一种微观态。,哪种宏观态包含的微观态

6、数多，这种宏观态出现的可能性就大。,均匀分布这种宏观态对应的微观态最多，实际观测到的可能性或概率最大。,若N=100,微观态总数,分子自动收缩的概率为10 -30，若改变一次微观状态历时10-9s，则所有微观状态都经历一遍需时,即30万亿年中自动收缩到A部的状态只闪现10-9s.,一般热力学系统N 的数量级约为1023，分子自动收缩的概率为,此数值极小，意味着此事件永远不会发生.,孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡。,宏观上认为不可能出现的状态在微观上认为是可能的, 只不过概率太小而已.,热力学第二定律是统计规律 。,二、玻尔兹曼熵公式,平衡态相应于一定宏观条件下 最大的状态。,热力学概率 与熵函数S之间有一定的关系。,1877年玻尔兹曼给出,系统