[工程科技]热力学基础3.ppt

熵增加原理的应用 ： 若系统经绝热过程后熵不变，则此过程是可逆的；若熵增加，则此过程是不可逆的。 —— 可判断过程的性质 孤立系统内所发生的过程的方向就是熵增加的方向。 —— 可判断过程的方向 热力学基础思路 4个气体分子: 分配种类 （即宏观状态） 分布方式 (即微观状态) 可分辨的粒子集中在左空间的概率 （左） N 1 2 3 4 N P 0 分配种类(5)分布方式(24=16) 1 1 1 1 4 4 6 5 1 1 5 10 10 分子分布愈均匀，宏观态对应的微观态数愈多， 粒子均匀分布的概率愈大。 6 6 15 15 20 宏观态对应的微观态数 设：孤立系统中任意微观态出现的概率相同。 某一宏观态相对应的微观态数 * 宏观态对应的微观态数愈多，分子分布愈均匀， 热力学概率愈大。 * 孤立系统总是从热力学概率较小的状态向热力学 概率较大的状态过渡，此时系统无序度提高。 热力学概率W是分子热运动系统无序度的量度。 热力学概率W： 结论： 三 熵与热力学概率 玻耳兹曼关系式 1.对孤立系统的宏观不可逆过程的表述 从热力学观点看，孤立系统的熵要增加， 而熵增加的同时系统的无序度也增大。 从统计观点看，热力学概率是系统无序度的量度，系统无序度增大时，其热力学概率也增大。 宏观表述： 微观表述： 2.玻耳兹曼关系式 单位 J/K 意义：建立了宏观量熵与微观量热力学概率的联系， 并对熵给予统计解释。 一孤立系统的热力学概率由W1变至W2，且W2W1 0 热力学第二定律的统计意义： 孤立系统熵增加的过程是热力学概率增大的过程，是系统从非平衡态趋于平衡态的过程，是系统无序度加大的过程，是一个宏观的不可逆过程。 则 熵是系统无序度的一种量度，是系统失去信息 的量度，或者说信息就是负熵。 玻尔兹曼像 L.E.Boltzmann (1844-1906) 玻尔兹曼 奥地利著名物理学家。1876年任维也纳物理研究所所长，它用毕生精力研究分子运动论，是统计物理学的创始人之一。他在麦氏速率分布率的基础上，考虑重力对分子运动的影响，建立了更全面的玻尔兹曼分布律。他论述了气体的输运过程，提出了著名的H定理，建立了玻尔兹曼熵公式。 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 . 第二定律的提出 1.功热转换的条件第一定律无法说明. 2.热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明. 一 热力学第二定律的两种表述 §13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 可表述为：第二类永动机不可能制成。 开尔文说法： 等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程. 1 2 W W 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D 卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化. 开尔文像 Lord Kelvin (1824-1907) 开尔文 爱尔兰物理学家。1851年开尔文就热力学第一定律全面阐明了能、功和热量之间的关系。同年对热力学第二定律的克劳修斯命题给以证明，并给出了更为明确的命题即开尔文表述。1854年开尔文建立了对热力学发展有重要意义的绝对温标，并很快被人们接受，1887年绝对温标得到了国际公认。 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温 物体，但需外界作功且使环境发生变化 . 不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化 . 高温热源 低温热源 卡诺致冷机 W A B C D 克劳修斯说法： R.J.E.Clausius(1822-1889) 克劳修斯像 克劳修斯 德国物理学家，1854年在他的论文中明确阐明了沿用至今的关于热力学第二定律的克劳修斯表述。1857年发表文章，以十分明晰和信服的推理，建立了理想气体分子模型和压强公式，引入了平均自由程的概念。1865年他提出熵的概念。 证明热力学第二定律两种表述的等效性： 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B Q Q=W W Q2 Q+Q2 Q2 Q2 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B W Q Q1 Q Q Q1- Q W 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。 注 意 ⑴ 热力学第二定