高中物理競賽8-7 熱力學(xué)第二定律課件

第8章熱學(xué)熱力學(xué)第二定律

1

開爾文說法：不可能制造出這樣一種循環(huán)工作的熱機(jī)，它只使單一熱源冷卻來做功，而不放出熱量給其他物體，或者說不使外界發(fā)生任何變化.

第二定律的提出1

功熱轉(zhuǎn)換的條件第一定律無法說明.2

熱傳導(dǎo)的方向性、氣體自由膨脹的不可逆性問題第一定律無法說明.

一熱力學(xué)第二定律的兩種表述

等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過程.12W

W低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD

卡諾循環(huán)是循環(huán)過程，但需兩個熱源，且使外界發(fā)生變化.

雖然卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化.2克勞修斯說法：不可能把熱量從低溫物體自動傳到高溫物體而不引起外界的變化.高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)WABCD注意

1

熱力學(xué)第二定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié).3熱力學(xué)第二定律可有多種說法，每一種說法都反映了自然界過程進(jìn)行的方向性.2

熱力學(xué)第二定律開爾文說法與克勞修斯說法具有等效性.準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

可逆過程

:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài),而不引起其他變化,這樣的過程叫做可逆過程.二可逆過程與不可逆過程

非準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程.

不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程.

準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程.

可逆過程的條件非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體

熱傳導(dǎo)

熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱

自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的.

熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)無序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

1）

在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆機(jī)都具有相同的效率.

三卡諾定理

2）工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆機(jī)的效率都不可能大于可逆機(jī)的效率.(不可逆機(jī))（可逆機(jī)）以卡諾機(jī)為例，有

克勞修斯（1822－1888）

德國理論物理學(xué)家，他對熱力學(xué)理論有杰出貢獻(xiàn)，曾提出熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述.為了說明不可逆過程,他提出了熵的概念，并得出孤立系統(tǒng)的熵增加原理.他還是氣體動理論的創(chuàng)始人之一.

結(jié)論：

可逆卡諾循環(huán)中,熱溫比總和為零.熱溫比

等溫過程中吸收或放出的熱量與熱源溫度之比.可逆卡諾機(jī)四熵如何判斷孤立系統(tǒng)中過程進(jìn)行的方向？任一微小可逆卡諾循環(huán)對所有微小循環(huán)求和當(dāng)時，則

任意的可逆循環(huán)可視為由許多可逆卡諾循環(huán)所組成

結(jié)論:

對任一可逆循環(huán)過程,熱溫比之和為零.

在可逆過程中，系統(tǒng)從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B,其熱溫比的積分只決定于始末狀態(tài)，而與過程無關(guān).據(jù)此可知熱溫比的積分是一態(tài)函數(shù)的增量，此態(tài)函數(shù)稱熵.可逆過程**ABCD可逆過程無限小可逆過程

熱力學(xué)系統(tǒng)從初態(tài)A

變化到末態(tài)B

，系統(tǒng)熵的增量等于初態(tài)A和末態(tài)

B之間任意一可逆過程熱溫比（）的積分.物理意義

熵的單位**ABCDE

可逆過程五熵增加原理：孤立系統(tǒng)中的熵永不減少.平衡態(tài)A平衡態(tài)B（熵不變）可逆過程非平衡態(tài)平衡態(tài)（熵增加）不可逆過程自發(fā)過程

孤立系統(tǒng)不可逆過程孤立系統(tǒng)可逆過程

孤立系統(tǒng)中的可逆過程，其熵不變；孤立系統(tǒng)中的不可逆過程，其熵要增加

.

熵增加原理成立的條件:孤立系統(tǒng)或絕熱過程.

熵增加原理的應(yīng)用：給出自發(fā)過程進(jìn)行方向的判椐.

熱力學(xué)第二定律亦可表述為：一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進(jìn)行.熵增加原理與熱力學(xué)第二定律六、玻爾茲曼關(guān)系式－熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義

熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì):自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的.

不可逆過程的本質(zhì)

系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行的過程.無序有序非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體熱傳導(dǎo)非均勻、非平衡均勻、平衡熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱擴(kuò)散過程自發(fā)外力壓縮

一切自發(fā)過程的普遍規(guī)律

概率小的狀態(tài)概率大的狀態(tài)

討論N個可分辯的粒子集中在左空間的概率W

N

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NW均勻分布N=1N=2第種分布的可能狀態(tài)數(shù)N=4

當(dāng)時，粒子在空間均勻分布占絕對的優(yōu)勢，而集中在左空間的可能性趨于零.

問:

在孤立系統(tǒng)中，熵增加的過程是系統(tǒng)從有序趨于無序的過程.那么,怎樣將系統(tǒng)的熵與無序度定量地聯(lián)系起來呢?熱力學(xué)概率W:（微觀狀態(tài)數(shù)）無序度、混亂度.

玻爾茲曼關(guān)系式熵2）熵是孤立系統(tǒng)的無序度的量度.（平衡態(tài)熵最大）（W