大学物理学-第七章-热力学基础.ppt

处于稳定平衡状态 处于不稳定平衡态 四、涨落导致有序 系统的状态在局部上经常与宏观平衡态有暂时的偏离称为涨落。 稳定态? 大的涨落会立即消耗掉，系统总会回到平均态附近。 失稳态? 微小的涨落也不会被消耗，而被正反馈作用放大，导致系统的状态发生根本的变化。 某些系统在远离平衡态时可以有多种可能的有序结构，从而使系统可以表现复杂的时空行为。 系统的瞬时状态完全是偶然的，不可确定。 对绝热线23和41： 说明： （1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源 （2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关 （3）卡诺循环效率总小于1 （4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中，卡诺循环的效率最高。 逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示。 工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对 它所作的功A以热量的形式传给高温热源Q1. 高温热源T1 低温热源T2 工质 致冷系数 例 1mol氧气作如图所示的循环.求循环效率. 解: Q p V p V 0 0 0 等 温 a b c 0 2V Q Q ca ab bc 7-6 热力学第二定律 一、开尔文表述 不可能制成一种循环动作的热机，它只从一个从单一热源吸取热量，并使之完全变成有用的功而不引起其他变化。 另一表述： 第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功的热机）是不可能实现的。 二、克劳修斯表述 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 两种表述的一致性 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 三、自然过程的方向性 对于孤立系统，从非平衡态向平衡态过渡是自动进行的，这样的过程叫自然过程。 具有确定的方向性。 (1)功变热是自动地进行的。 功热转换的过程是有方向性的。 (2)热量是自动地从高温物体传到低温物体。 热传递过程是有方向性的。 (3)气体自动地向真空膨胀。 气体自由膨胀过程是有方向性的。 四、可逆过程和不可逆过程 可逆过程: 在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化. 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 , 或者虽然重复但必然会引起其他变化. 注意：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。 一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。 7-7 热力学第二定律的统计意义 玻尔兹曼熵 一、热力学第二定律的微观意义 系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化 功变热过程、热传递过程、气体自由膨胀过程 大量分子从无序程度较小（或有序）的运动状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化 热力学第二定律的微观意义 一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。 二、热力学概率与玻尔兹曼熵 1、热力学概率 不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别? 假设A中装有a、b、c、d 4个分子（用四种颜色标记）。 开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。 分布 （宏观态） 详细分布 （微观态） A4B0（宏观态） 微观态数 1 A3B1（宏观态） 微观态数4 A2B2（宏观态） 微观态数 6 分布 （宏观态） 详细分布 （微观态） A1B3（宏观态） 微观态数 4 A0B4（宏观态） 微观态数 1 从图知,4个粒子的分布情况,总共有16=24个微观态。 A4B0和A0B4, 微观态各为1，几率各为1/16; A3B1和A1B3, 微观态各为4，几率各为4/16， A2B2， 微观态为6，几率最大为6/16。 意味着此事件观察不到。 若系统分子数为N，则总微观态数为2N，N个分子自动退回A室的几率为1/2N。 1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到A室的几率为 实际过程是由概率小的宏观态向概率大的宏观态进行。 热力学概率 宏观态所对应的微观态数，用? 表示。 2、玻尔兹曼熵 自然过程是向热力学概率? 增大的方向进行。 引入态函数熵 在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向记性，平衡态对应于熵最大的状态，即熵增加原理。 熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量度 熵具有可加性 玻尔兹曼熵 7-8 卡诺定理 克劳修斯熵 一、卡诺定理 （1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关。 （2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。 二、克劳修斯等式与不等