大学物理9单元51节.pptVIP

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第九章 热力学基础 熵增加原理 克劳修斯表述: 热量不能自动地从低温物体传到高温物体。 熵增加原理 不可能制成一种循环动作的热机,只从单一的热源吸收热量,使之完全变成有用的功,而周围其他物体不发生任何变化。 开尔文表述: 引言:热力学第二定律表述的特点   热力学第二定律的叙述特点:叙述形式多种多样,而且差别很大。   任何不可逆过程的确切叙述都可以是热力学第二定律的一种表述.   如何用数学方法(公式)表示自发热力学过程的方向性? 自然规律的最好的表示方法是数学表示 自发热力学过程有确定的方向,这是客观规律. 关键是:定义一个描述系统状态的物理量。系统状态的变化是单方向的,当系统状态变化时,定义的这个物理量的变化是单调增加或单调减小的。这样,系统的变化方向就可以用这个物理量的变化趋势表示。   如何定义这样的物理量呢?这要考察系统和过程的特点。 这样的物理量称为熵。 一、热力学概率Ω 微观状态:如果把每个分子编号(如1、2、3、…或a、b、c、d…),把容器分成N个部分,则这些分子的每种可能的分布花样称为一种微观状态。 宏观状态如果不考虑分子之间的差别,只考虑每个部分有多少个分子,这样的状态称为宏观状态。显然,每个宏观状态可以包含多个微观状态。 定义:宏观态中包含的微观态的数目叫做该宏观态的热力学概率。 熵 如:把容器分成2部分,有4个分子时,系统的宏观太和微观态 分布 (宏观态) 详细分布 (微观态) 平衡态 等概率原理:系统的每种微观态出现的概率相同。 由此,包含微观态越多的宏观态出现的概率越大。 如果1摩尔气体的自由膨胀 二、热力学第二定律的统计意义 实际自发的热力学过程是不可逆的,总是沿着系统 热力学概率(无序性)增加的方向进行。 可能的微观态数 每一微观态出现的概率 左边分子数 右边分子数 平衡态 0 1 2 3 3 2 1 0 宏观态 微观态 过程进行方向 过程进行方向 每秒放映1亿张,(普通电影 24/秒) 这个概率有多大? 上述两种宏观态在 时间内出现的时间分别是1亿分之一秒! 第二定律的统计表述: 孤立系统中自发过程进行的方向是从包括微观态数目少的宏观态向包括微观态数目多的宏观态进行。从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡。即从非平衡态向平衡态方向进行。 孤立系统中自发过程进行的动力是非平衡因素的存在。 微观态数目和热力学概率的数值实在是太大了. 热力学概率   必须把它缩小。缩小的原则是:缩小后的数值变化顺序必须与数值变化顺序相同。取对数 定义 称为玻尔兹曼熵公式 三、熵 比较合适! (k为玻尔兹曼常数) 熵是与微观状态的数量有关的物理量(状态量)   系统自发进行的过程中每一个状态对应唯一的热力学概率Ω,即对应唯一的熵     的数值,系统状态变化时,熵是单调增加的。 四、熵增加原理   孤立系统一切实际过程都是由熵小的状态向熵大的状态进行。所以过程进行的方向可以用   考虑到准静态过程中,各中间态都无限接近平衡态,Ω都达到最大值,熵S的数值不变,熵变ΔS=0 所以,孤立系统中一切过程进行的方向可以用 表示。   孤立系统中的一切自发过程中熵不减小。这个结论称为熵增加原理。 熵增加原理 注意:熵是状态量,熵变质于是末状态有关。 此式为热力学基本微分方程 2、克劳修斯熵公式(宏观) 微小过程中的熵变: 有限过程中的熵变: 利用热力学第一定律: [例题] (P548)把2mol的氧从40度冷却到0度,若(1)等体积冷却 (2)等压冷却,分别求其熵变是多少? 解: (1) (2)

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