修第7章 热力学基础.ppt

2 等压过程 1.卡诺致冷机的致冷系数 热力学第二定律是一条经验定律，因此有许多 叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850 年克劳修斯提出的克劳修斯表述和1851年开尔文提出的开尔文表述。 1. 热力学第二定律的表述 二、热力学第二定律 英国著名物理学家、发明家，原名W.汤姆孙(William Thomson),开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献. 他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利. 开尔文 （1824～1907) (1)开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化 . 不可能把热完全变为功而不产生其它影响。但功可以完全转变为热，如实际中热机的循环热变功，但还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的，如理想气体等温膨胀,但在这一过程中工作物质从单一热源吸热完全变为功外，但它不是一个循环过程。 简单地说: 单一热源的热机是不可能制成的. 或 第二类永动机是不可能实现的. 德国理论物理学家,他对热力学理论有杰出贡献，提出热力学第二定律的克劳修斯表述。 他还是气体动理论创始人之一。他导出气体压强公式，提出比范德瓦耳斯更普遍的气体状态方程。 克劳修斯（1822-1888） (2) 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起其它变化。 与之相应的事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。如果借助致冷机，当然可以把热量由低温物体 传递到高温物体，但要以外界做功为代价，也就是引起了其它变化。 克劳修斯表述说明热传导过程是不可逆的。 等价于 Q1=Q+Q2 Q2 高温热源 低温热源 Q2 举一个反证例子：假如能从单一热源吸取热量使之全部变为有用功， （但实际上是不可能的） 高温热源 热机 低温热源 Q Q2 Q1=Q+Q2 制冷机 2. 两种表述的等效性 就有可能热量可以自动地从低温热源传向高温热源而不引起其它变化。 举一个反证例子： 假如热量可以自动地从低温热源传向高温热源， 高温热源 低温热源 假想的 自动传热装置 卡诺热机 等价于 高温热源 低温热源 （但实际上是不可能的） 热机 就有可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用功而不引起其它变化。 §7.7 热力学第二定律的统计意义 玻尔兹曼熵 一、热力学第二定律的统计意义 功热转换 大量分子的有序运动向无序运动转化. (功自动转化为热)动能分布较有序动能分布更无序 热传导 T1 T2 T T 综述：一切自然过程总是着无序性增大的方向进行 玻耳兹曼首先把熵和无序性联系起来。 并用热力学概率来描述系统的无序性 相对较小的无序运动向相对较大的无序运动转化(热自动从高向低传递). 自由膨胀： 小范围的无序性向大范围的无序性转化. 1.热力学概率 设有一热力学系统，只有a、b、c、d、 4个分子，讨论4个分子在A、B两部分的分布情况。 Ａ Ｂ 微观态与宏观态 宏观态:表示A，B中各有多少个分子 微观态:表示A，B中各是哪些分子 开始时，4个分子都在A部抽出隔板后分子将向B部扩散，并在整个容器内无规则运动。 １ ４ ６ ４ １ 微观态数目 1(5) 1(4) 1(3) 1(2) １(1) abc d 1/16 C44 0 abcd ０ ４ ab cd 4/16 C41 bcd a ３ １ acd b abd c bc ad ad bc ac bd 1/16 C40 abcd 0 ４ ０ bd ac 6/16 C4 2 cd ab ２ ２ d abc c abd b acd 4/16 C43 a bcd １ ３ Ｂ Ａ Ｂ Ａ 宏观态 概率 微观态 宏观态 =24=16 分布 （宏观态） 详细分布 （微观态） A3B1 （宏观态） 微观态数1( ) 微观态数4( ) A2B2 （宏观态） 微观态数6( ) 微观态数 4( ) A1B3 （宏观态） （宏观态） A0B4 微观态数1( ) 等概率原理 统计理论的“等概率”基本假设： 对于孤立系统,各微观