第六讲-热力学第二定律.ppt

热力学第二定律适用于大量分子集体 一个分子 四个分子 热力学第二定律适用于大量分子集体 一个分子 四个分子 宏观态 　—— 热学 ——　　　　玻尔兹曼熵 热力学第二定律的数学表示　 4 0 3 1 2 2 1 3 0 4 微观态 同一宏观态所包含的微观态数目 1 4 6 4 1 　—— 热学 ——　　　　玻尔兹曼熵 热力学第二定律的数学表示　 4个分子的分布 4 0 3 1 2 2 1 3 0 4 4个分子全部回到左或右室的概率为： 1/16 20个分子，微观状态总数为184756个，分子完全回到A室的概率仅有1/184756。 1mol实际的气体 个微观状态 所有分子都回到一边去是看不到的,自由膨胀不可逆 微观态1 微观态2 微观态3 微观态 孤立系统自发的过程，总是由包含微观状态数少的宏观态向包含微观状态数多的宏观态方向进行。 这是一切不可逆过程的微观实质 孤立系统自发的过程，总是向分子热运动无序度增加的方向进行。达到平衡态时，无序度达到最大。 　—— 热学 ——　　　　玻尔兹曼熵 热力学第二定律的数学表示　 【热力学概率】某宏观状态包含的微观状态数 2、孤立系统的自然过程： 1、Ω 的微观意义：系统内分子运动无序程度的量度！ 注意： 3、 Ω最大的宏观态——平衡态。 某宏观态的热力学概率与其出现的概率的区别与联系； 系统处于该宏观态时的熵 某一宏观态的热力学概率 玻耳兹曼常数 1877年，玻耳兹曼建立了“熵”S与微观状态数?之间的关系： 1900年，普朗克引进比例常数k： ——玻耳兹曼熵公式 * 思考：是否有可能制造热机效率为1的热机？ （第二类永动机） 满足热力学第一定律 是否有可能从单一个热源吸取热量,使之全部变为功，而工作物质和外界都回到原来状态，不产生其他变化？ ——不可能！ 是否满足热力学第一定律的过程都能自发产生？ ——不一定！ 3–1 1、功热转换 功 热 自动 功 热 自动 × 2、热传导 自动 2、热传导 自动 × 3、绝热自由膨胀 自动收缩 × 自然界所有与热现象有关宏观热力学过程具有方向性 “落叶永离，覆水难收。” “欲死灰之复燃，艰乎为力。” “愿破镜之重圆，冀也无端。” “人生易老，返老还童只是幻想。” “生米煮成熟饭，无可挽回。” 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 一个系统由某一状态A出发，经过某一过程到达状态B。如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全复原，则原来的过程就是一个可逆过程。 用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则原来的过程就是一个不可逆过程。 【说明】 1、不可逆过程 ≠不能逆向进行 2、一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的； 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 为何一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的？ 三个不可逆因素： １、摩擦力或粘滞力以及电阻等耗散效应的因素； 2、有限温差下的热传导； 3、绝热自由膨胀（扩散）。 一切与热现象有关的自然界宏观过程，都是不可逆的。可逆过程是一个理想化的概念，无摩擦的准静态过程为可逆过程 [例1] 试说明理想气体无摩擦准静态等压升温过程是可逆过程。 吸收 热量 Q 放出 热量 Q 对外 做功 W 对气 做功 W 通过此过程，系统与外界都复了原，所以，原准静态等压升温过程是可逆过程。 [例2] 讨论理想气体在下列两种条件下做绝热压缩时的可逆性：（1）过程无摩擦、准静态时；（2）过程有摩擦、准静态时。 对气 做功 W 对外 做功 W 通过此过程，系统与外界都复了原，所以，准静态绝热压缩是可逆过程。 （1） 外界 做功 W+Wf 对外 做功 W-Wf （2） 系统复原了，但外界没有复原，所以，有摩擦的准静态绝热压缩是不可逆过程。 总之： 无耗散的准静态过程是可逆过程； 无机械能损耗的机械运动过程是可逆过程。 温差无限小的热传导是可逆过程； 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 1、若功热转换的方向性消失 ?热传导的方向性消失 T W T0 T Q 热自动转变为功 等效 T0 T Q T →热自动从低温物体传向高温物体 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 2、若热传导的方向性消失 ?功热转换的方向性消失 热自动从低温物体传向高温物体 等效 自动发生 →热全部转化为功 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 3、若功热转换的方向性消失 ?气体自由膨胀的方向性消失 热自动转变为功 TT0 初始： W T0 Q T0 Q TT0 假设 等效 TT0 气体自动压缩 →气体可以自动压缩 　—— 热学 ——　　　　　　　　　不可逆过程　 4、若气体自由