大学物理-热力学基础.ppt

二 熵增加原理 由卡诺定理，有 （可逆过程） 即 不难想象对不可逆循环过程有 不可逆循环过程 1 2 不可逆循环过程 可逆循环过程 对可逆过程 则不可逆循环过程 或 对可逆过程，熵变 对B不可逆过程，熵变 考虑以上两种情形，有熵变 对微小的热力学过程，有 当 时， ，对于一个与外界无热量交换的孤立系统，当状态变化时，系统的熵永远不减少，称为熵增加原理。 系统经由一个平衡态到达另一个平衡态时，系统的熵永不减少。 可以证明，对与外界无热量交换的的孤立体系（系统与外界绝热） 。 若是不可逆绝热过程， ，熵的数值增加，称为熵增加原理。 如是可逆绝热过程。 ，熵的数值不变。 二 熵的计算 1 求可逆绝热过程的熵变。 解：由可逆过程熵变公式 d 因 故可逆绝热过程 ，熵的数值不变。 即孤立体系的熵永不减少。称为熵增原理。 但状态量 设想一准静态可逆过程，其始末态与上述相同。显然，此准静态过程应为等温过程。则 不可逆绝热过程，熵增。 2 如气体绝热自由膨胀过程，为一不可逆过程。 对于不可逆过程，不能直接用式 来计算过程的熵变，由于熵是态函数，我们可在不可逆过程的初与末二平衡态间设计一个可能的可逆过程，用式 计算得到的熵变，即是该不可逆过程的熵变。绝热自由膨胀过程 为热二律的数学表述。 可见，熵S来表示系统无序性的大小。 3 对可逆过程的熵变计算 若 若 若 可见熵变可 若 （绝热） 视具体过程而定。 由上知，气体绝热膨涨过程是熵增过程，由前知，该过程是不可逆的自发过程，是无序态向更加无序态转化的过程，这个意义讲，熵是分子运动无序性的量度。而该过程是自发地由包括微观态数目少的宏观态向包括微观态数目多的宏观态进行，从热二律的统计解释：体系总是自发地由包括微观态数目少的宏观态向包括微观态数目多的宏观态进行（热二律的统计解释）。故微观态数目与熵值正比。 三 热二律与熵 该式给出了熵微观解释。 演示 058 臭氧层破坏与光污染 15—20km 臭氧层 地球 阳光 少量紫外线到达地球 臭氧（ozone）与紫外光的作用,吸收紫外光的化学过程 结果，臭氧层阻止太阳的紫外光到达地球。 少量紫外线到达地球 臭氧层的减少主要由于氟氯烃， 即 ， freon 使臭氧被分解所致。 freon使臭氧层 的减少 穿透大气紫外光增加 freon freon使臭氧层 的减少 穿透大气紫外光增加 结果，使大量紫外线到达地球，破坏生态平衡，引发灾害。 可产生大 气空洞 演示 014 温室效应 地球 大气层 热污染 太阳辐射 地球吸热 大气中的 允许短波辐射透出，但能吸收热辐射（红外线）。如果大气中有大量的 ，太阳光直射地面，但地面增暖后夜间放出的热辐射则难于散向太空，这样一来，地球表面温度就会升高这就温室效应。 少量穿过大气层 地球放热 夜间地球表面红外辐射 温室效应 温室效应的危害多多：如使冰山融化，海平面上升；使病虫害增加；影响农作物的生长期，使农作物大量减产；引发旱灾和水灾（1993年和1998年我国的特大洪水与温室效应有关）；引发疾病，使流行病蔓延；使厄尔尼诺现象发生的的周期由4--5年变为3--3年；暖冬等，近五十年改善大气质量尤为重要，工业发达国家如美国每年大量的二氧化碳产生。 highlights 一 耗散结构（定性描述） 一杯液体，达热力学平衡态时，温度，密度处处一样，体系的无序态，或程度最大。1900年，贝纳特（Benard）加热一杯液体时发现，刚开始时，流体中只有净态热传导，未见有明显的扰动。但当流体中的温度梯度超过某一临界值时，原来静止的液体中突然出现许多规则六角形对流格子，象蜂房一样，这是一种远离平衡态的过程。这种宏观上的有序状态是在系统远离平衡态时出现的，系统内部的运动转向宏观有序化。是空间有序的自组织现象。这是和外界只有能量交换的封闭系统。普利高津称这种状态为耗散结构（消耗能量的状态）。 物理中激光器的输入功率达一定值时，出现光的宏观有序态时（开时大量输出激光时的状态），为一耗散结构。化学，生物，宇宙等内有序现象的起因，表现为复杂的时空行为。使耗散结构成为许多学科前沿的研究课题。 耗散体系是开放系统，是自组织体系。 5 远离 平衡态的系统。 1 宇宙正走向死亡吗? 2 生命过程的自组织现象。 3 无 生命世界的自组织现象。 4 开放系统的熵，环境的熵。