第16章热力学第二定律祥解.ppt

* 返回总目录 热力学第一定律给出了热量的传递、做功以及内能的关系 任何热现象都必须满足热力学第一定律！ 1.冷水自动吸热，重新沸腾起来，可能吗？ 2.加热地上的铅球，热量变为机械能，重新飞起来起来，可能吗？ 3.膨胀的气体，又回到起始状态，即自动聚集起来，可能吗？ 设想： 4.之前的热机，只吸热，不放热，即效率100%，可能吗？ 不可能，因为违背了 热力学第二定律！ 但是不违反第一定律的热力学过程都能发生吗？ 单一热源（T） A、单一热源是指温度均匀且恒定不变的热源； B、“其它影响”是指从单一热源吸收热量及把热量对外作功以外的任何变化。 热机 等温膨胀虽是从单一热 源吸收热量全部对外作 功，但体积膨胀了。 恒 温 体 A 说明： 不可能制造一种机器，只从单一热源吸收热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。 1）开尔文（Kelvin)表述1851年 热力学第二定律 高温热源（T1） 低温热源（T2） 自动地 2）克劳修斯（Clausius）表述 热机1 两种表述的等价性 反证法：违反了Kelvin 表述也就违反了Clausius表述 高温热源（T1） 低温热源（T2） Q1 Q1+Q2 热机2 高温热源（T1） 低温热源（T2） Q2 Q2 Q2 A=Q1 Q2 Q2 热机 反过来违反了Clausius 表述也就违反了Kelvin表述。 高温热源（T1） 低温热源（T2） A 热机 Q1 Q2 A=Q1-Q2 两种表述的等价性 高温热源（T1） Q1 -Q2 热力学第二定律告诉我们： 热力学的过程是有方向性的！ 即： 1.朝着一个方向进行的热力学过程，不可能自动又重新 发生反向的过程而回到原状态！ 2.如果人为促使反过程发生的话，并不能消除原来造成的 额外影响！ 热力学过程的方向性 高温 低温 热传导的方向性 自动 注意：这里的方向性，是指它们存在一个自动的、无条件的、自发的、勿须外界帮助而进行 的方向。而不是其反方向不能实现，只是实现其反方向过程要产生“对外影响”。 正过程+反过程=0 即系统复原， 对外影响全抵消 可逆过程 热力学过程，即大量粒子构成的系统的过程！ 所以， 我们得到一个结论，只要是大量的粒子组成的 系统，它经历的过程都是不可逆的！ 而人类社会，自然世界的任何宏观过程都是热力学过程！ 我们看到的任何宏观现象都是不可逆的，一去不复返的！ 自然现象，历史文人，大多是不可逆的。落叶永离，覆水难收。欲死灰之复燃，艰乎为力；愿破镜之重圆，冀也无端。人生易老。古诗云：“流水花落春去也，天上人间。”“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。” 这说明，时间是有箭头的，说明时间不可倒流！ 例不计阻力的单摆运动 单纯的无耗散的机械运动是可逆过程。 什么过程是可逆过程？ 可逆过程是理想化的过程。 难道没有可逆过程吗？ 有！ 1.所有的单个质点，或者几个质点的力学过程是可逆的！ 没有摩擦力的牛顿力学过程是可逆的！ 爱能费斯特的狗与跳蚤的故事 跳蚤作为一个热力学个体呢？ 不可逆过程之间的关系： 所有的不可逆过程是等价的！ 即：说明了一种过程的不可逆性，实际上承认了所有的 热力学过程的不可逆性. 换句话说： 热力学第二定律可以换成 任何其他的热力学过程来阐述！ 例如：气体不可能自动聚集而不产生任何其他的影响！ 程氏表述 1）热二律的统计解释 以气体的自由膨胀为例 先考虑只有一个分子的情况 只有两个微观状态 如果是四个分子呢？ 左 右 a a a c b d a a 波尔兹曼统计假设： 每个微观量子态出现的概率一样多 因此，全部粒子回到一边的概率多大？你算算！ a c d b b d a b c c a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d d a c c d a b a b c a d b a d c b d c c b a d a b d 设有一容器仅有四个分子 a c d b 共有24=16个 微观状态 从宏观上可分 为五个状态 宏观态是由一定数量的微观态组成的！ 那么宏观态出现的几率呢？ 即为含有的微观态的数量！ 1 10 45 120 210 250 210 120 45 10 1 微观状态数 分子数 左 右 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 总数 210=1024 均匀分布或接近均匀 分布的几率却占了 670/1024。而10个分 子同时回到一边的几 率只有1/1024， 如果是10个分子呢 左 右 左 右 若