合肥工业大学《大学物理》课件-第6章热力学基础.pptVIP

微观状态（位置） 宏观状态 微观态数? 左4，右0 左3，右1 左2，右2 左1，右3 左0，右4 1 1 4 6 4 自动压缩 概率 自动压缩 概率 1023 气体自由膨胀是不可逆的 气缸内4个分子，共有 微观状态，则N个分子共 有 个可能的微观状态。但各个宏观态对应的微观状 态数不一样。 1、 2、 一个宏观状态所包含的微观态数目愈多，分子运动的混乱程度愈高，即这个宏观态出现的概率愈大 左2，右2 虽然各状态出现的概率相等，但系统处于分布状态数最多的状态（平衡态）的概率最大。 W N/2 N n N个分子，两边各有N/2分子的微观态（平衡态）的数目是最多的。 系统内部发生的过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行；即由包含微观状态数少的宏观状态向包含微观状态数多的宏观状态进行。 任一宏观态所对应的微观态数称为该宏观态的热力学概率 w 三、玻耳兹曼关系 W 表示系统所包含的微观状态数，叫热力学概率。k 为玻耳兹曼常量。 玻尔兹曼， 1877年 说明 2、熵和W一样都是分子热运动无序性或混乱性的量度。 3、可逆的绝热过程是个等熵过程。 1、平衡态对应的微观状态数最多，即热力学概率最大。混乱程度最高。 4、熵具有可加性。 设W1 和W2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 整个系统的熵为 §6-7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义 一、熵增加原理 封闭系统：与外界没有能量交换的系统。 熵增加原理：封闭系统中的不可逆过程，其熵要增加；封闭系统中的可逆过程，其熵不变。 数学描述： （对可逆过程取等号） 1、平衡态是熵最大的状态 2、熵增加原理是是热力学第二定律的另一种表述 热力学第二定律的统计意义：封闭系统内部发生的过程，总是由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行。这也是熵增加原理的实质。 二、热力学第二定律的统计意义 如气体的绝热自由膨胀、热量从高温物体向低温物体的自发传递、热功转换等都是自发过程。 孤立系统总是倾向于熵值最大，即总是从非平衡态向平衡态过渡。 熵增与能量退化 讨论 “热寂说” 例 今有1kg 0 oC的冰熔化成0 oC 的水，求其熵变（设冰的熔解热为3.35?105 J/kg)。 熔解过程温度不变，T=273 K 假设一个（可逆）等温过程，冰从0 oC 的恒温热源中吸热，则 将系统和环境作为一个整体来看，在这过程中熵也是增加的；使水结成冰，同样导致系统的熵增加。 解： 热区 冷区 液体 液体 气体 气体 气体 压缩机 工质 节流阀 压缩型制冷机 例 有一卡诺制冷机，从温度为-10 oC的冷藏室吸取热量，而向温度为20 oC的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15 kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？ 每分钟做功为 每分钟从冷藏室中吸取的热量为 每分钟向温度为20 oC的物体放出的热量为 T1=293 K，T2=263 K，则 解： 思考：两卡诺循环 ，ABCDA,EFGHE，面积 求（1）效率之比，（2）吸热之比。 T1 T2 A B C D E F G H p O V 例 内燃机的循环之一——奥托循环。 内燃机利用液体或气体燃料，直接在汽缸中燃烧，产生巨大的压强而做功。内燃机的种类很多，我们只举活塞经过四个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥托循环)为例，说明整个循环中各个分过程的特征，并计算这一循环的效率。 解： 奥托循环的4 个分过程如下： (1)吸入燃料过程汽缸开始吸入汽油蒸气及助燃空气，此时压强约等于1.0?105 Pa ，这是个等压过程（图中过程 ab）。 (2) 压缩过程 活塞将混合气体压缩，温度升高，压强增大。由于压缩较快，可看作一绝热过程（图中过程 bc） (3)爆炸、做功过程 高温压缩气 体燃烧爆炸，气体压强骤增，由 于爆炸时间短促，活塞不动，是个等体过程（图中过程 cd）。 气体吸取的热量Q1为 压强推动活塞做功，压强降低，可看成一绝热过程（图中过程 de）。 (4)排气过程 开放排气口，使气体压强突降为大气压，近似于等体过程(图中过程eb)，然后再由飞轮的惯性带动活塞，使之从右向左移动，排出废气，这是个等压过程(图中过程ba)。 等体过程eb 中放出的热量Q2为 循环的效率应为 把气体看作理想气体，从绝热过程de及bc可得如下关系： 得 实际上汽油机的效率只有25％左右。 式中r = V/V0 叫做压缩比。计算表明，压缩比愈大，效率愈高。汽油内燃机的压缩比不能大于7，否则汽油蒸气与空气的混合气体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体燃烧了。 设r =7