热学思考题 第三章 热力学第二定律与熵 第四章 气体动理论.doc

热学思考题 (3、4章) 第三章 热力学第二定律与熵 3.1 怎样说明热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的?为什么热力学第二定律有许多不同的表述? 【】,对外作功A，并向低温热源放出热量。让我们把 上述两件事联系起来(如图所示)，则自，且完全这就导 了克劳修斯表述的正确性。同样，如果我们假定开尔文表述不成立，也能导出克劳修斯表述不成立。这就说明，热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是完全等价的。 热力学第二定律是反映自然界中，热力学过程进行的方 3.2 可逆过程是否一定是准静态过程，准静态过程是否一定是可逆过?有人说“凡有热接触的物体，它们之间进行热交换的过程都是不可逆过程．”? 【】 可逆过程的定义是：无摩擦和能耗的准静态过程．显然，准静态过程是 若两物体之间有热交换时，可逆过程要求：两物体之间的温差是无限小．所 3.3 热力学第零定律指出：分别和系统C处于热平衡的系统A和系统B接触A和系统B相 【】决定系统热平衡的宏观性质为温度。如果温度相同的系统A和系统B相接 度升高，此过程本身一开始就包含了热自动从低温向高温系统传递。如果这是事实，那热 力学第二定律，特别是克劳修斯表述将不再成立。 3.4 评论下述说法正确与否? (1)功可以完全变成热，但热不能完全变成功； (2)热量只能从高温物体传到低温物体，不能从低温物体传到高温物体； (3)可逆过程就是能沿反方向进行的过程，不可逆过程就是不能沿反方向进行的过程。 【】(1)不正确。有外界的帮助热能够完全变成功；功可以完全变成热，但热不能 (2)不正确。热量能自动从高温物体传到低温物体，不能自动 (3)不正确。一个系统由某一状态出发，经历某一过程达另一状态，如果存在另一过 3.5 瓶子里装一些水，然后密闭起来。表面的一些水忽然温度升高而蒸发成气?它违反热力学第一定律吗?它违反热力学第二定? 【】这件事不可能。它不违反热力学第一定律，因为此过程可以满足能量守恒，但(包括表面)温度均匀，表面下 3.6 热力学第三定律的说法是：热力学绝对零度不能达到。试说明，如果这一 【】由卡诺热机效率，如果低温热源可以达到O℃，效率可以达到100％。意味着 部转化为功而不产生其它影响，那么热力学第二定律，特别是开尔文表述也就不成立了。 3.7 怎样理解熵的概念?为什么熵不能减少? 【】热力学第二定律告诉我们，任何与热现象有关的实际宏 外界发生变化。例如，在一个系统中，有两个不同温度的物体相接触，这时热量将自动地从高温物体传向低温物体，直到二物体处于热平衡为止。而与之相反的过程，也就是热量自动地从低温物体传向高温物体，恢复原来的状态是不可能的。再譬如，气体能自动地从压强高的地方向压强低的地方膨胀，与之相反的过程，也就是气体自动地从压强低的地方向压强高的地方膨胀则是不可能的。 上述两个例子说明，给定系统初状态时，系统会自动地 系统状态2和状态1的熵差定义为： 从微观上来理解，熵是与热力学系统内微观粒子运动的 根据熵的定义，我们知道，在一个可逆循环中，系统的 从微观上 3.8 热力学第二定律能适用于我们这个宇宙．例如：(1)热量自发地从,因此在有限范围内可以达到热平衡．假如另有一个?(2)在我们这个宇宙中， ， ?试问在违反热力?由此去体会第二定律是自然界的普适 【】 (1)在的情况下，热量自发地从低温物体流向高温物体的 因为假定这样的宇宙存在，考虑在宇宙中有温度比较接近的两个物体A和B．若A的温度比较高，B的温度比较低，热量将要从B自发地流向A．由于B的温度将要进一步降低，而A的温度将要进一步升高，A与BA和B的A的温度趋向非常大，B的温度趋向绝对零度． 由于宇宙中任何物体之问都会存在温度差，因而都会有热传递，其总的结果? (2)同样，气体自发地从低压流向高压的宇宙也是不可能存在的．因为它 (1) 这一基本实验事实相矛盾． 例如，假定宇宙中有一个局部，它由A和B两部分组成，A的压强比较大，BA的压强将更B的压强将更小．按照(1)式，对于A，由于，因而，A的体积A的气体将变稠密． 同样的，对于B，，因而，B的体积将要扩大，B气体将变得更A，B之间压强差的增加又更进一步使得气体从B流向A，从而使得A的A的体积也越来越小，因而A气体变得越来越稠密；B气体B气体体积越来越大，因而越来越稀疏． 最后B中气体分子全部流到A中，B变为几乎占有整个体积的真空状态，A变