[理学]9 热学第二定律.ppt

续第8章 热力学第二定律 8-6 热力学第二定律 8-7 可逆过程和卡诺定理 8-8 熵增加原理 8-9 热力学第二定律的统计意义 8-6热力学第二定律 一。问题 1）任何热力学过程都必须遵从热一定律，但只满足能量守恒定律的过程一定能实现吗？ 2）例如，能否制造成功效率为1的热机(热全部转化为功)？在自然界中，有些过程能够自发地进行，有些则不能够，为什么? 二。热力学第二定律 8-7 可逆过程和不可逆过程*卡诺定理 三。可逆过程和卡诺定理 二。熵增原理 3。熵补偿原理 3. 温熵图 例：1摩尔理想气体由P1，V1，T1态到P2，V2，T2态，  求其熵变。 8-9 热力学第二定律的统计意义 2。功转换热的不可逆性 2。 熵的统计表述—玻耳兹曼熵公式 世界能源消耗 1990 –2020年世界总的能源消耗 (Quadrillion Btu) 发扬东方文明所倡导的节俭传统美德 热力学小结 例题：在T——S图中，判哪条曲线是等容线，哪是等压线。 解题：从A点处斜率入手。 例:1mol氦气由A态(P1,V1)沿图线到B态(P2,V2).求: 例:1 mol单原子理想气体经图之循环过程：AB等压，BC多方n=2，CA等温T0，又该循环最高温度为2T0。求：[1]热容Cn；[2 ]每个分过程的功和热量； [3]此循环的?. 例：图为一卡诺循环的温-熵图，图中阴影面积1000J，求[1]该循环的效率；[2]若两等熵线及低温不变，欲一循环净功2000J，则高温T1=？。 例：图示循环，a-b,c-d,e-f为等温过程；b-c,d-e,f-a为绝热过程， c-d下面积为A1，总围面积A2；求：[1]cdefa过程的熵变；[2]该循环的效率。 例:绝热容器A、B分别盛1mol双原子理想气体，且TA0＞TB0；求： 熵和能量退化 结论：气体自由膨胀过程的不可逆性，实质上是反映了该系统内部发生的过程 总是由几率小的宏观态向几率大的宏观态进行，即由包括微观态数目少的宏观 态向包括微观态数目多的宏观态进行，而相反的过程原则上并非不可能，但几 率甚微，实际上不能实现。 通常粒子数目达1023，这样，实际宏观态所对应的微观态数目非常大。无论怎样，气体自由膨胀总是由包括微观态数目少的宏观态向包括微观态数目多的宏观态进行，反向进行不可能。 微观状态数目最大的宏观状态是平衡态，其它态都是非平衡态，这就是为什么孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡的本质所在。 膨胀至两边粒子数相同时，Ω最大，平衡态；但不能保证两边粒子数总相同， 有涨落（Fluctuation）。 N=1023，微观态数用Ω（热力学几率）表示： Ω N/2 N n（左边粒子数） 左边粒子数为N 几率甚小2N分之一 左,n 功变热的过程确切说是机械能转为系统的內能的过程。 机械能——有序能，內能——无序能； 功变热的不可逆性实质：功变热表示有序能变化为无序能是可能的，而其逆过程，无序运动能量自动地全部变为有序运动能量几率甚微，实际上不可能实现！！ 二。热二定律的统计意义 1。热二定律的统计意义 注释：由上可知，热力学研究涉及到大量粒子的运动， 所以，热力学第二定律是一条统计规律。 热二定律的统计意义：在孤立系统（或封闭系统）內， 一切实际过程总是由几率小的宏观态向几率大的宏观 态进行，从有序到无序——自然过程总是按有序向无 序的方向进行。 玻耳兹曼引入了熵的统计表述：S=kLn? 墓铭誌: S=kLn? 宇宙能量守恒 宇宙熵值恒增 自然过程总是按有序向无序的方向进行。 A）系统从非平衡态到平衡态，有序向无序，这是自然过程进行的 方向——隐含着非平衡态比平衡态更有序， B）系统总是从包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的 宏观态转化——熵亦随之增大到最大值。 所以，熵与宏观态所包含的微观态数目Ω（热力学几率）之间必 有本质的联系，或宏观状态的有序度或无序度应按其所包含的微观状态数目来衡量。历史上玻耳兹曼引入了熵的统计表述：S? In? 普朗克定义： 单位 ： J/K 注： 1）熵是系统无序程度的量度。系统某一状态的熵值越大，它所 对应的宏观状态越无序。孤立系统总是倾向于熵值最大态。 2）集中状态能量熵（有序） 扩散状态能量熵（无序） 3）由熵的统计意义又推及广义熵概念——熵是自然科学和社会 科学领域中应用最广泛的概念之一。 S ＝ k ln? 用熵的概念，研究 ： 1）通信与熵：信息量传播与有序度； 2）社会与熵：社会思潮与社会的稳定性，等； 3）经济与熵：经济结构（多样化模式与稳定性等）； 教学中的熵增大 用熵的概念，研究 ： 4）生命与熵：一个生命体就是一个不停地与环境进行物质和能量交换