大学物理气体动理论.ppt

解 例 试估计下列两种情况下空气分子的平均自由程 :（1）273 K、1.013 时 ; ( 2 ) 273 K 、1.333 时. （空气分子有效直径 ： ） 答案D 1. 一定量的理想气体，在温度不变的条件下，当压强降低时，分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是： (A) 和 都增大． (B) 和 都减小． (C) 增大而 减小． (D) 减小而 增大． 答案A 2. 一定量的理想气体，在体积不变的条件下，当温度降低时，分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是： (A) 减小，但 不变． (B) 不变，但 减小． (C) 和 都减小． (D) 和 都不变． 热功转换不可逆 完全 功 不完全 热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的. （不能自发进行） 一 热力学第二定律的微观本质 大量分子的有序运动 大量分子的无序运动 无序 有序 自发过程 §10-8 熵与热力学第二定律 §10-7气体的输运现象（不要求） 结论： 一切自然过程总是沿着使大量分子的运动从有序向无序状态方向进行. 二 自然过程不可逆的统计意义 扩散过程 a b c d 设想有一长方形容器, 用隔板把它分成左右两个相等部分,左边有4个气体分子,右边真空, 打开隔板,讨论容器中气体分子的位置分布. 左2 右2 左右相等时对应的微观状态数最大 O ? N左 10 推广：N个粒子的系统 ? 所有 可能 微观态数： N 2 = W ? ? 出现所有粒子归于 左 ( 右 ) 边的概率： N P 2 1 = ? 左 、 右 两边粒子数相等的宏观态对应的微观态 数最多，出现该宏观态的概率为最大，而且远 大于出现所有粒子归于一边的概率。 对应于微观状态数最多的宏观状态就是系统在一定宏观条件下的平衡态. a b c d a b c d 非平衡态 平衡态 热功转换 热功转换的实质是大量分子的有序运动向无序运动的转化过程 热功转换 热传递 热传递的实质是系统由较无序的宏观态向更无序的宏观态过渡。 二 热力学第二定律的统计意义 一切封闭系统，其内部发生的过程，总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进行，由概率小的宏观态向概率大的宏观态进行，由较为有序宏的宏观态向较为无序的宏观态进行。（相反的过程并非不可能，只不过出现这种过程的概率太小了！） 三 玻尔兹曼公式与熵增加原理 玻尔兹曼熵公式 指的是体系的混乱的程度，熵由克劳修斯提出,并应用在热力学中, 它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用，是各领域十分重要的参量. 1.熵 (用S表示) 2. 热力学概率 宏观状态所对应的微观状态数 玻尔兹曼关系： 玻尔兹曼关系给出了熵的统计意义：一个系统某一宏观态所包含微观状态数越多，或分子热运动的无序度(混乱度)越大，熵也越大。所以熵是一个系统内部微观粒子热运动无序度(混乱度)的量度。 熵增加原理表明孤立系统内的自发过程总是朝着微观状态数多的方向，或朝着更无序的方向进行。 玻尔兹曼(Boltzmann 1844-1906)，奥地利物理学家,热力学和统计物理学的奠基人之一。 他把物理体系的熵和概率联系起来 阐明了热力学第二定律的统计性质，1877年，他提出用“熵”来量度一个系统中分子的无序程度，并给出熵S与无序度W之间的关系为S=k㏒W。这就是著名的波尔兹曼公式，其中常数 k=1.38×10^(-23) J/K 称为波尔兹曼常数 四 克劳修斯熵公式 1. 熵公式 1865年克劳修斯对可逆循环过程引入了熵的概念，并导出了熵计算公式 热温比 “熵” 在中文含义 当任一系统发生一可逆的微元过程时，熵增加 T：该微元过程中系统的温度 :系统从热源中吸收的热量 系统经可逆过程，从平衡态A→平衡态B，系统的熵变为 在可逆过程中，系统从状态A改变到状态B , 其热温比的积分只决定于始末状态，而与过程无关. 据此可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称熵