大学物理-4 热学简版.ppt

零. 自然过程的方向性 满足能量守恒的过程一定能实现吗？ TA TB 【例题4】由绝热壁构成的容器中间用导热隔板分成两部分，体积均为v，各盛1摩尔同种理想气体。开始时左半部温度为TA，右半部温度为TB（TA）。经足够长时间两部分气体达到共同的热平衡温度。 试计算此热传导过程初终两态的熵差。 ?解? 左半部气体有 右半部气体有 整个系统 热传导为不可逆过程的典型例子，此题证实不可逆过程的熵增加。 所以 例题 : 试证在p-V 图上两条绝热线不能相交。 解: 假定两条绝热线I与II在 p-V 图上相交于一点A，那么在图上再画一等温线III，使它与两条绝热线组成一个循环。这个循环只有一个单热源，它把吸收的热量全部转变为功即 ，周围没有变化。这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交。 （真空） 可逆 （有气体） 不可逆 功向热转化的过程是不可逆的。 ? 墨水在水中的扩散 一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。 ? 热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的 ? 自由膨胀的过程是不可逆的。 ? 一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程都是不可逆过程。 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。 2. 过程不可逆的因素 这样就需要一条新的规律，用来描述过程进行的方向和限度。这条规律就是热力学第二定律。 用否定形式表述 表述方式多样 反证法 特征 热力学第一定律要求：在一切热力学过程中能量一定守恒。违背能量守恒的过程一定不能够发生。但是，满足能量守恒的过程一定能够发生吗？由于实际过程的进行具有方向性，满足能量守恒的过程不一定都能进行。 8-6 热力学第二定律 卡诺定理 热力学第二定律讲课提纲 自然过程的方向性问题 可逆与不可逆过程 热力学第二定律的表述 宏观描述 微观描述 ↓ ↓ ↓ ↓ 熵函数的引入 热力学几率的引入 ↓ ↓ 熵增原理 热二定律的统计意义 玻尔兹曼关系 ↓ ↓ ↓ ↓ 熵概念的泛化 通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的；或热不能自动转化为功。功热转换过程具有方向性。 功热转换 热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的；或 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 热传导 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 气体的绝热自由膨胀 怎样精确表述？ 一. 热力学第二定律的两种表述 1 热力学第二定律的开尔文表述 2 热力学第二定律的克劳修斯表述 大量事实表明：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，热力学第二定律的实质在于揭示了自然过程的不可逆性。 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 用热力学第二定律证明：在p?V 图上任意两条绝热线不可能相交 反证法 例 证 a b c 绝热线 等温线 设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同 的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程该中 V p O 这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。 可逆过程: 一个系统，由一个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原过程对外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程。如：单摆在不受空气阻力情况下的运动就是一个可逆过程。 如对于某一过程，如果物体不能回复到原来状态或当物体回复到原来状态却无法消除原过程对外界的影响。则原来的过程称为不可逆过程（不是不能进行！）。 不可逆过程: 自发过程: 自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。 开氏表述实质上在于说明功变热的过程是不可逆的。 克氏表述实质上在于说明热传导过程是不可逆的。 两种表述的等效性表明热传导与功变热两类过程在其不可逆特征上是完全等效的。 4.可逆与不可逆过程 不可逆过程都是互相关连的 例：由功变热不可逆证明理想气体自由膨胀不可逆。 证: 假设理想气体绝热自由膨胀是可逆的(气体能自动收缩) 令理想气体与单一热源接触，从中吸取热量 Q 进行等温膨胀，从而对外作功A，然后使气体自动收缩回到原体积。 上述过程所产生的唯一效果是自单一热源吸热全部用来对外作功而没有其它影响。这就是说功变热的不可逆性消失了。显然，此结论与功变热是不可逆的事实和观点相违背。故理想气体绝热自由膨胀是可