大学物理下第13章-7教案详解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2013-2014 第一学期 张福俊 Flash tracking the key points of last lecture 沿顺时针方向进行的循环称为正循环-热机 沿逆时针方向进行的循环称为逆循环-制冷机 热机效率 致冷系数 热二律?满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行就有个方向性的问题。 热一律?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? 热力学第二定律的两种表述 克劳修斯：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。 开尔文： 不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用功而不产生其他影响。 (1) 所有工作于两个给定热源之间的热机，可逆热机的效率最高； (2) 所有工作于两个给定热源之间的可逆热机，具有相同的效率，与工作物质无关。 三：卡诺定理 一：宏观系统的微观态 13-5 热力学第二定律统计意义 宏观系统的微观态是指系统内所有粒子的运动状态，在经典力学中就是各个粒子的位置和动量。而系统的宏观态可以是平衡态，也可以是非平衡态。 每一个确定的宏观态，都对应着不止一个微观态，这些微观态称为系统的可实现微观态。 热力学系统经历一个准静态过程，就是指从一种（组）可实现微观态变化到另一种（组）可实现微观态。 热力学概率与宏观态 初始状态 摇动后 概率 很小 概率大 A B 4个分子? 以4个分子的分布为例,可能的微观状态见下表: 4个分子全部回到A的概率为1/16 , 1摩尔气体分子全部回到A的概率为 如此小的小概率事件实际上是不可能的! 规律: 系统内部发生的过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行的！ abcd 4 个分子的分布 ac ad bc bd cd bd bc ad ac ab 即1/24 A部分 B部分 0 abcd abcd 0 a bcd b cda c dab d abc bcd a cda dab abc b c d 总 计 16 ab cd 左4右0 左3右1 左2右2 左1右3 左0右4 0 1 2 3 4 5 6 4个粒子分布 假设所有的微观状态其出现的可能性是相同的。 4粒子情况：总状态数16， 左4右0 和 左0右4， 几率各为1/16；左3右1和 左1右3 ，几率各为1/4； 左2右2， 几率为3/8。 对应微观状态数目?多的宏观状态其出现的 几率最大。 一个由同一种粒子组成的孤立系统，其分子数Ｎ0、体积 V0和能量为E0都取确定值。在这种约束条件下，系统的可实现的微观态数目为： 在这　　　　　　　个微观态中，没有理由认为其中一些会比另一些更容易出现。 孤立系统中的各个可实现微观态有相等的出现概率，等概率假设。 我们通常把系统处在某一个宏观状态时包含的微观态数目, 称为该宏观态的热力学概率。 热力学概率最大的宏观状态称为 最概然状态 在给定条件下， 对应的可实现微观态数目越多的宏观态，出现的几率越大。 系统由大量粒子组成，可实现的微观态数目巨大，系统的平衡状态绝大部分时间处于最概然状态，其它状态的概率很小，因此平衡状态可看作最概然状态。 孤立系统的自然过程总是向热力学概率增大的宏观态过渡－ 因此自然过程具有方向性、不可逆性。 每一个宏观态可能对应不同数目的微观态，这些微观态都是这个宏观态所具有的可实现微观态。 　 我们可以得到给定宏观条件下的最概然分布，即为包含微观状态数最多的宏观态。这意味着，当系统由一个平衡态自发地向另一个平衡态过渡，实质上就是由包含微观状态数目少的宏观态向包含微观状态数目多的宏观态过渡。 　 热力学系统的某一个宏观状态包含的微观态数目越多，组成系统的微观粒子运动的无序度越高，热力学概率越大。 为了定量表征系统的无序度－引入一个宏观量熵（S）。 根据统计物理的基本假设，在整个孤立系统处于统计平衡时，系统所有的微观态数出现的概率相等。 熵的定义—— 玻耳兹曼关系 　　1877年，玻耳兹曼对熵概念作了统计解释，指出系统处于某一个宏观态的熵与该宏观态的热力学概率 ?的对数成正比 　　波耳兹曼关系指出：熵是表示系统内部微观粒子运动状态混乱程度的物理量，系统的热力学概率越大，系统内部微观粒子运动状