哈里德大学物理学 上册 滕小瑛Hch11 Hch11新.pptVIP

* 第11章 熵和热力学第二定律 本章目录 11-1 某些单向过程 11-2 熵的改变 11-3 热力学第二定律 11-4 现实世界中的熵:热机 11-5 现实世界中的熵:制冷机 11-6 实际热机的效率 11-7 热力学第二定律和熵的微观意义 计划学时： 一、系统 11-1 某些单向过程 大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。 与其比邻的环境称为外界 与外界有 E 交换，无 m 交换 ②封闭系统： ①开放系统： 与外界有 m、E 交换 ③孤立系统： 与外界无 E、m 交换 绝热 例 开放系统 封闭系统 孤立系统 系统状态变化——热力学过程 二、不可逆过程 在系统状态变化的过程中，不能由于外界的微小变化使之反向进行，或者虽然可以反向进行但必然会引起其他变化的过程，叫不可逆过程。 功热转换 热传导 扩散 …... 能量转换有一定方向和限度 熵假设：如果在孤立系统中发生一个不可逆过程，系统的总熵S总是增加的。 三、熵 宏观角度定义 (克劳修斯公式) 微观状态数 (玻尔兹曼公式) 熵和能量不同，它不遵守守恒定律，一个孤立系统的能量是守恒的，它总是保持不变。对不可逆过程，孤立系统的熵总是增加的。 一、 熵变的定义 11-2 熵的改变 终态 final 初态 initial 二、 熵变的计算 (熵)状态参量 (熵)和过程无关 设计可逆过程 求解 宏观角度定义 (克劳修斯公式) 三、 熵为态函数 代入：（热力学第一定律） 对任一可逆过程，理想气体，有： （内能） （做功） （状态方程） 熵变与气体在始末态之间所经历的过程无关 11-3 热力学第二定律 如果一个过程发生在孤立系统中，对不可逆过程，系统的熵增加；对可逆过程，系统的熵不变。系统的熵永远不会减少。 不可逆过程 可逆过程 热力学第二定律 熵增加原理 自发过程只有按系统熵值增加的方向才能发生。 11-4 现实世界中的熵:热机 热机（热发动机），是一种从外界以热量形式吸收能量并做有用功的装置。 一、 卡诺热机 理想热机，所有的过程都是可逆的，并且没有由于诸如摩擦和湍流造成能量的消耗。 卡诺，法国科学家和工程师。 卡诺热机－卡诺循环 等温 绝热 净功 二、卡诺热机分析 功： 熵变： 效率： 第二类永动机—效率等于100％的热机—完美热机。 b.(开尔文表述)不可能存在一系列过程，其唯一效果是以热量形式从单一热源传出能量，并将这些能量全部转换为有用功而不引起其他变化。 a.第二类永动机不可能制成。 三、 热力学第二定律 实际热机效率更低。 30％ 40％ 核电厂 25％ 55％ 车 实际 理论 热量是由于两物体的温差而造成的从一个物体传给另一个物体的能量。 功是由于在两物体间作用的力而从一个物体传给另一个物体的能量。 制冷机：将能量从低温热源传到高温热源的装置。 理想制冷机，所有的过程都是可逆的，并且没有由于诸如摩擦和湍流造成能量的消耗。 卡诺制冷机 制冷效率 11-5 现实世界中的熵:制冷机 完美制冷机 a.热量不可能自动地从低温热源传到高温热源而不引起其他变化。（热力学第二定律的克劳修斯表述） 与热现象有关的一切实际宏观过程都是不可逆的。 热现象的过程所遵守的基本规律： 满足能量守恒，热力学第一定律。 2.具有方向性和局限性，热力学第二定律。 11-6 实际热机的效率 假定： 即： 得： 记为： 当都在相同的两个温度之间工作时，没有一台实际的热机能具有比卡诺热机更高的效率。 有结论： 结论和热力学第二定律矛盾，由此断定假定有误 11-7 热力学第二定律和熵的微观意义 一、 宏观状态和微观状态 以理想气体自由膨胀为例 设分子数：4 真空 抽去隔板后的可能情况如下表： 16种微观态，5种宏观态。 同态数(宏观状态包含的微观状态数W) 1 4 6 4 1 *