RD.2-04.热力学第二定律.pptVIP

§4.6 熵增加原理 一. 克劳修斯不等式 不可逆过程如何？ 对两热库（T1， T2）的不可逆热机： 由卡诺定理 由定义， （1） （2） 对可逆过程有 ， 前节 [例2] [例3] 都是不可逆过程，系统总的熵都增加了。这并非偶然，这是由熵的一个基本定理 —— 熵增加原理 所决定的。 可以证明（见赵凯华，罗蔚茵，“热学” p.190） ──克劳修斯不等式 其中 T 为热库温度。 （R 取 “=” ） 对一般的循环有 上式可改写为 （Ti为热库温度） 由（1）、（2）有 对任意不可逆循环也有： （这也叫克劳修斯不等式） 二. 熵增加原理 (principle of entropy increase) ∴ R 2 S2 1 S1 不可逆 p V O （IR） 对1 2 IR R 选2 1 循环 元过程 不可逆绝热过程（ ）： 孤立系统（其中进行的过程必然是绝热的） 不平衡 平衡 停止(方向，限度) 描述过程的方向性： 孤立系统内，任何过程， 熵增加原理 熵不会减少， ?S≥0 (“孤立”是充分条件。 非孤立系统，绝热过程，也行。) 一种批驳“热寂说”的观点： 不会达到热平衡态。 “热寂说”把宇宙看作是“静态的”， 从现代的宇宙论看， 宇宙是在不断膨胀的， 因而它的“最大熵” 也是在不断增大的。 ?关于“热寂说”（略） 这是不对的。 它有一个确定的最大熵， Smax曲线 S 曲线 t S §4.7 热二律的统计意义（书§4.4 ，4.3） 一. 热力学概率 自发过程的方向性从微观上看是大量分子无规运动的结果。 a b c d 左 右 分子数的左右分布称为宏观态。 具体分子的左右分布称为微观态。 统计理论的基本假设：对于孤立系统,各微观态出现的概率是相同的。 以气体自由膨胀为例分析。 一个宏观态所包含的微观态数Ω 叫做该宏观态的热力学概率。 宏观态 微观态 宏观态包括的微观态数Ωi 概率 abcd 4 0 4 0 abcd a b c d a b d c a c d b b c d a 3 1 a b c d c a b d a c d b b c d a 3 1 2 2 a b c d c d a b a c b d a c b d a d b c b c a d 0 1 2 3 4 5 6 左 4 右 0 左 3 右 1 左 2 右 2 左 1 右 3 左 0 右 4 N 若N=100， 自动收缩（左100，右0） N个分子， 。 若改变一次微观状态历时10-9s， 则所有微观状态 都经历一遍要 。 即平均在30万亿年中（100，0）的状态只闪现10-9s 。 的概率为10 -30。 则： 一般热力学系统 N 的数量级约为1023，上述比例实际上是百分之百。 Ω(N左) N 很大 N/2 N左 而左右各半的平衡态及其附近宏观态的热力学概率则占总微观状态数的绝大比例。 二. 热力学第二定律的统计意义 平衡态 ? ? 最概然态 非平衡态 非平衡态 平衡态 自发 * 第4 章 热力学第二定律 §4.1 自然过程的方向 §4.2 热力学第二定律 §4.3 可逆过程 §4.4 卡诺定理 §4.5 克劳修斯熵公式 §4.6 熵增加原理 △§4.9 温熵图 △§4.10 熵与能量退降 §4.7 热二律的统计意义 §4.8 玻耳兹曼熵公式 ?附加：熵与信息 (简介) 第4章 热力学第二定律 ( The Second Law of Thermodynamics) ?? 热力学第一定律指出，一切热力学过程都必须满足 能量守恒的要求(不满足此要求的过程不可能发生)。 现在进一步问： 满足能量守恒的过程都能进行吗 ? ? 热力学第二定律告诉我们： 不,满足能量守恒的过程不一定能够进行。 实际过程如何进行还有方向的问题（“时间箭头”）。 ? 热力学第二定律是研究自然界中热力学过程进行的 方向和限度的理论。 在这理论中，要找出判定在 一定条件下过程进行的方向和限度的公共准则。 这是本章的主线。 ? “热一”：需要引入态函数内能(E )。 “热二”：可以引入态函数熵(S )，对热二的内容作数 学表述。 孤立系统进行的实际过程总是使熵增加。当且只当熵达到最大的可能值时（如果存在最大可能值的话），系统达到热平衡，宏观状态不再变化。 这是关于过程进行方向和限度的基本判据。 ? 热一和热二结合，得出包含E 和S 等的“热力学基本方 程”