[理学]热.ppt

PV图 2. 热力学系统的内能 理想气体的内能 4. 热量、热容量 （与比热类比） 4.1.2 热力学第一定律 4.1.4 热力学第一定律对理想气体的应用 2. 等压过程 比较Cp和Cv 氢气的 与温度的关系 室温下气体的 ?=CP/Cv 1值 3.等温过程 绝热过程 3.等温过程 绝热过程 等温过程和绝热过程的功 推导公式 P70 4-9 4.1.5 循环过程 卡诺循环 热机 致冷机 卡诺循环 卡诺循环过程 卡诺循环的效率 说明 4.2 热力学第二定律 克劳修斯（1822-1888 ） 4.2.1热力学第二定律的两种表述 【思考2】热机的工质经过循环过程将热转换成功,违反热力学第二定律? 【思考3】用致冷机可把热量由低温物体传向高温物体,违反热力学第二定律? 2.不可逆因数 ———热力学第二定律的实质 无摩擦的准静态程是可逆过程 纯机械运动是可逆过程 不可逆性相互依存 证明 结论 4.2.2热力学第二定律的微观意义 2）热传导： 3）气体自由膨胀 结论 热力学第二定律的统计意义 结论 4.3 熵 熵增加原理 例:气体的自由膨胀过程玻尔兹曼熵变?S=? 克劳修斯等式的证明 克劳修斯熵公式(宏观)（Clausius, 1865） 克劳修斯熵和玻耳兹曼熵等价 熵增加原理 非孤立（或非绝热）系统如何判断过程进行的方向? 【例】 等值过程的熵变 P71 18题 一般过程的熵变 方法二 例: P71-19 P70 4-14 P70 4-15 微观态总数26 微观态总数25 微观态总数24 N/2 N=1023 N/2 微观态总数： 左右分子数相等的微观态数： Ω N/2 n 当N很大时： A B 膨胀 压缩 【思考】自由膨胀过程不可逆的原因? Ω=1 Ω≈2N 等概率原理 对孤立系，各个微观状态出现的概率相等。 微观态数大的宏观态出现的概率大 一个不受外界影响的孤立系统，由于分子间的频繁碰撞，其内部所发生的过程总是由热力学概率(Ω) 小的状态向热力学概率大的状态进行, 最后达到? 取最大值的平衡态。 热力学第二定律只适用于大量分子的体系 自动压缩概率 自动压缩概率 1023 【注意】 ——热力学第二定律的统计意义 S (T,Q,) 玻尔兹曼熵(微观) 克劳修斯熵(宏观) Ω 作用 通过宏观量判断过程进行的方向 思路 找热力学概率Ω和宏观量(T,Q,)的关系 两种定义 引言 4.3.1 玻尔兹曼熵公式(微观) 1877年，玻耳兹曼引入熵(Entropy)，表示系统无序性的大小 玻耳兹曼熵公式： 1900年，普朗克引入系数 k —玻耳兹曼常数 S = k ln? S ? ln? ? 一个宏观状态 ? 一个?值 ? 一个S值 熵是系统状态的函数 设?1 和?2分别表示两个子系统的热力学概率，整个系统的热力学概率为 熵具有可加性 整个系统的熵为 熵和?一样，也是系统内分子热运动的无序性的一种量度。 说明 初态(V1)末态(V2)热力学概率 初态到末态的熵变 A B 膨胀 总分子数（N） 克劳修斯等式 体系从温度为T 的热库吸收的热量 对体系所经历的任意可逆循环过程，热温比的积分满足: 4.3.2 克劳修斯熵公式(宏观) 任意可逆循环 △Qi1 △Qi2 Ti1 Ti2 卡诺循环 p V 可逆循环 当体系由平衡态 1 经历任意过程变化到平衡态 2，体系熵的增量为 体系从温度为T 的热库吸收的热量 任意可逆过程 ?可定义状态函数 “熵” （可逆循环） 克劳修斯熵公式 如果原过程不可逆，可以证明: 但计算?S时，积分一定要沿连接态1和态2的任意的可逆过程进行！ 说明 ?S只是状态1和2的函数，与连接态1和态2的过程无关。实际过程可以是可逆过程，也可是不可逆过程。 为计算?S必须设计一个假想的可逆过程。 例. 计算理想气体绝热自由膨胀的克劳修斯熵增 设计可逆过程：无摩擦准静态等温绝热膨胀过程 T 热库 绝热 T 热库 计算克劳修斯熵增： 与玻耳兹曼熵增相同 对于孤立体系或绝热过程,则有熵永不减少 dQ=0 其中等号对应可逆过程，大于符号对应不可逆过程 熵增加原理的作用 判断过程进行的方向：对于孤立（或绝热）系统，不可逆过程总是向着墒增加的方向进行 生命系统的墒 【思考】 根据 等温 绝热 等容 等压 等值过程的熵变? 工质只和两个恒温热库交换热量的准静态循环 p V T1 Q1 等温膨胀 1 绝热膨胀 T2 绝热压缩