上海交通大学大学物理A类第八九章热力学第一定律热力学第二定律详解.pptVIP

所有可逆卡诺循环加一起： 分割无限小： 克劳修斯等式 克劳修斯不等式 §9.4 熵 热力学第一定律 E S 热力学第二定律 T 热力学第零定律 一、熵的定义 1 2 c1 c2 定义状态函数 S，熵 任意两点1和2，连两条路径 c1 和 c2 构成可逆循环 与势函数的引入类似，对保守力 引入势能 对于静电场 引入电势 引入熵 对于微小可逆过程 注： 1、熵是态函数 2、 熵是广延量 二、熵（差）的计算 1 2 c2 1 2 c1 c2 例 ：求理想气体从初态 准静态地变化到任 一末态 时的熵变． 解: 例：1kg 0 oC的冰与恒温热库（t=20 oC ）接触， (熔解热λ=334J/g）最终熵的变化多少？ 解：冰融化成水 水升温，过程设计成准静态过程，即，与一系列热库接触 热库，设计等温放热过程 总熵变化 例：1摩尔理想气体 绝热自由膨胀， 由V1 到V2 ，求熵的变化。 （ 初温为 ） 设计一可逆等温膨胀过程来计算 V1 V2 i f P74 例9-10 理想气体等压泻流 A B V A室初态 A+B室终态 导热板 绝热材料 V P p 例：理想气体经历下述过程，讨论△E，△T，△S，A 和 Q 的符号。 P V 等温线 a b 1 2 △E △T A Q 1 2 △S 0 0 + + + 0 0 - - - △E △T A Q 1 2 △S 0 + - - + 0 - - + - P V a b 绝热线 1 2 3 △S 3 0 三、能量退化原理 部分转化为有用功 废热 能量品质有高低 完全转化为功 机械能等 内能 能量的品质 品质 能量 高 低 电能 机械能 核能 内能 内能品质也有高低 R R 内能存放在高温热源上品质高， 存放在低温热源上品质低。 内能品质降低与熵增加量的关系 R R 对外少做的功（能量退化）为 熵增加量为 能量退化可用熵增加量来表示 四、温熵图 T S Q a b T S Q=W 可逆卡诺循环效率都相同 T S Q=W T1 T2 §9.5 熵增加原理 1 2 c1 c2 不可逆循环 一、熵增加原理 1 2 c1 c2 1、2平衡态之熵差必大于温比热量沿连接1、2任一 不可逆过程的积分。 对于微小不可逆过程 绝热、孤立系统 如过程可逆 如过程不可逆 绝热、孤立系统之熵永不减少。 注： 1、热力学第二定律的数学表述。 （以定量的方式指出了自发过程的方向。） 2、非平衡态之熵 ３、开放系统 孤立系统 熵产生 熵流 §9.6 熵和熵增加原理的统计意义 一、热力学概率 宏观态所包含的微观态数目 称为该宏观态的热力学概率。 N粒子系统 微观态 ) , , ( 2 2 1 1 N N v r v r v r r r L r r r r 宏观态 例：理想气体处于平衡态 左3，右1，状态数4 左2，右2 状态数6 左1，右3，状态数4 左4，右0，状态数1 左0，右4，状态数1 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 平衡态所包含的微观态数目最大 假设所有的微观状态其出现的可能性是相同的。 对应微观状态数目多的宏观状态其出现的 几率最大。 全部分子留在左室的概率： N=1023 ， 微观状态数目用Ω表示， 则 Ω N/2 N n（左侧粒子数） n 孤立系统总是从热力学概率小的宏观态（非平衡态） 向热力学概率大的宏观态（平衡态）过渡。 玻耳兹曼引入了熵的统计表述： V1 V2 大 小 无序 相对有序 大 小 熵是系统内分子运动无序程度的量度。 二、玻耳兹曼关系 （在维也纳的中央坟场，玻耳兹曼的墓碑上没有墓志铭，只有玻耳兹曼的这个公式） 三、热力学第二定律适用范围 系统的不可逆过程是对大量分子构成的宏观系统而言的。 全部分子留在左室的概率： 2 1 3 4 四、热寂说 宇宙的熵将趋于极大 膨胀的宇宙中熵的变化 t 热粥 五、有序和无序 自组织现象 物理学 有序到无序的退化过程 生物学 无序到有序的进化过程 条件是关键 * a b c dT=0 0 10 20 25 30 0.5 1.5 另： a b c dT=0 0 10 20 25 30 0.5 1.5 单原子分子 吸热 放热 吸热 d dQ=0 气体对外做功，温度升高，必然吸热。 同绝热线 对比, 气体对外做功较少， 温度下降较多，