不可逆過程課件

循環(huán)過程：課前復習熱機效率：制冷系數：卡諾？循環(huán)過程：課前復習熱機效率：制冷系數：卡諾？熱力學第一定律：一切熱力學過程都應滿足能量守恒。但滿足能量守恒的過程是否一定都能進行?熱力學第二定律：滿足能量守恒的過程不一定都能進行!過程的進行還有個方向性的問題。問題:熱力學第二定律熱力學第一定律：一切熱力學過程都應滿足能量守恒。但滿足能量守3.4.1自然過程的方向

重物下落，功全部轉化成熱而不產生其他變化，可自然進行。

水冷卻使葉片旋轉，從而提升重物，則不可能自然進行?！ぁに~片重物重物絕熱壁焦耳熱功當量實驗凡符合熱力學第一定律的過程---即符合能量守恒的過程是否都能實現(xiàn)呢？3.4.1自然過程的方向重物下落，功全部轉化成熱而熱量自動從低溫物體傳到高溫物體不可能高溫低溫自動

氣體自由膨脹是可以自動進行的,但自動收縮的過程誰也沒有見到過。

“一切與熱現(xiàn)象有關的自然過程都是不可逆的，都存在一定的方向性

----存在著時間箭頭”熱量自動從低溫物體傳到高溫物體不可能高溫低溫自動氣體自由膨

生命過程就是不可逆的:

出生“今天的你我怎能重復過去的故事!”

童年

少年

青年

中年

老年

年華易逝，且學且珍惜落葉永離，覆水難收。生命過程就是不可逆的:出生“今天的你我童年少年青年6過程的唯一效果能否發(fā)生熱功轉換功熱功熱√

熱傳導高溫熱量低溫高溫熱量低溫√

氣體擴散分離混合分離混合√

一些自然過程的方向：全部全部6過程的唯一效果能否發(fā)生熱功轉換功熱功熱√熱傳導高溫熱量低7

3.4.2

熱力學第二定律及其微觀意義

一.熱力學第二定律的表述1.克勞修斯(Clausius)表述:熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體

克勞修斯（clausius，1850）或說“其唯一效果為熱量從低溫物體傳向高溫物體的過程是不可能發(fā)生的”Q

T1（高）

T2（低）73.4.2熱力學第二定律及其微觀意義一.熱力學第二定82.開爾文(Kelvin)表述:其唯一效果為熱全部轉變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的熱機是把熱轉變成了功,但還有其它變化(還有些熱量從高溫熱源傳給了低溫熱源)開爾文（Kelvin，1851）熱機是否違反開爾文表述？82.開爾文(Kelvin)表述:熱機是把熱轉變成了功,但還9第二類永動機又稱單熱源熱機，其效率

=1，即熱量全部轉變成功。（前人卡諾給他打下了基礎）A

=QQT第二類永動機另一種開氏表述是“不存在第二類永動機”9第二類永動機又稱單熱源熱機，其效率=1，即熱量全部轉10理想氣體等溫膨脹過程不是把熱全部轉變?yōu)楣幔渴前褵崛孔兂闪斯?，但伴隨了其它變化(系統(tǒng)體積膨脹）A=QV1

TQV2

10理想氣體等溫膨脹過程不是把熱全部轉變?yōu)楣幔渴前褵崛?1二.兩種表述的等價性

1.若克氏表述成立，則開氏表述亦成立。反證法：克氏表述成立開氏表述成立等價設開氏表述不成立則克氏表述不成立A=Q1T1Q1

T1T2Q2Q1+Q2

T2

Q2Q1T1A11二.兩種表述的等價性1.若克氏表述成立，則開氏表述122.若開氏表述成立，則克氏表述也成立。反證法：設克氏表述不成立T1T2Q2Q1+Q2Q2A=Q1等價Q1T1A則開氏表述不成立T1T2Q2克氏表述成立開氏表述成立122.若開氏表述成立，則克氏表述也成立。反證法：設克氏13[例]試證明在p

V圖上任意物質的一條等溫線和一條絕熱線不能相交兩次。證：用反證法，設等溫線和絕熱線能相交兩次。絕熱線（等S線）等溫線QA=QpV

則如圖示，可構成一個單熱庫熱機，從而違反熱力學第二定律的開氏表述，故假設不成立。13[例]試證明在pV圖上任意物質的一條等溫線和一條143.4.3過程的可逆性一.定義1.可逆過程（reversibleprocess）：可逆過程是這樣一種過程,它的每一步都可以沿相反的方向進行,而當系統(tǒng)沿相反的方向回到原狀態(tài)時,外界也恢復到原狀態(tài)。(即系統(tǒng)和外界都復原)如不可能使系統(tǒng)和外界都完全復原，則此過程叫做不可逆過程。

為什么一切自然過程(實際過程)都是不可逆過程？有摩擦損耗非準靜態(tài)過程

143.4.3過程的可逆性一.定義1.可逆過程（reve15

二．可逆過程的重要特征

摩擦是功變熱的過程，它肯定是不可逆的；非準靜態(tài)過程也是不可逆的：無摩擦+準靜態(tài)

因為非靜態(tài)過程的中間態(tài)（一般是非平衡態(tài)）非常復雜,沒有統(tǒng)一的狀態(tài)參量,這種過程沿反方向進行時,每一步都做到是原來沿正方向進行時的重演是不可能的?？赡孢^程是比準靜態(tài)過程更加理想化的過程，有重要的理論意義與實際意義。15二．可逆過程的重要特征摩擦是功變熱的16可逆過程的例子：一粒粒地放上極小極小的細沙粒，無摩擦絕熱活塞絕熱缸壁恒溫熱源T（1）可逆等溫壓縮一粒粒地取走沙粒，系統(tǒng)和外界都復原！（2）可逆絕熱壓縮無摩擦+準靜態(tài)有一條不滿足就是不可逆絕熱壓縮！無摩擦+準靜態(tài)16可逆過程的例子：一粒粒地放上極小極小的細沙粒，無摩擦絕熱堂上小議（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4）非準靜過程一定是不可逆過程。請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議堂上小議（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可小議鏈接1（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4）非準靜過程一定是不可逆過程。請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接1（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是小議鏈接2（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4）非準靜過程一定是不可逆過程。請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接2（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是小議鏈接3（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4）非準靜過程一定是不可逆過程。請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接3（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個過程使系統(tǒng)和外界完全復原；（4）非準靜過程一定是不可逆過程。請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接4（1）可逆過程一定是準靜過程；（2）準靜過程一定是可逆過程；22（以氣體自由膨脹為例來說明）

一.微觀狀態(tài)與宏觀狀態(tài)

表示左，右中各有多少個分子

----稱為宏觀狀態(tài)表示左，右中各是哪些分子

----稱為微觀狀態(tài)AB將隔板拉開后,氣體自由膨脹§3.4.4熱二律的統(tǒng)計意義22（以氣體自由膨脹為例來說明）一.微觀狀態(tài)與宏觀狀態(tài)表23左4，右0的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數1左3，右1的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數4左1，右3的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數4左0，右4的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數1左2，右2的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數623左4，右0的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數1左3，右1的宏觀態(tài)，左245種宏觀態(tài)相應的微觀態(tài)數目分布圖

左4右0

左3右1

左2右2

左1右3

左0右40123456統(tǒng)計理論的“等概率”基本假設：對于孤立系統(tǒng),各微觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率是相同的。對應微觀狀態(tài)數目越多的宏觀態(tài),

其出現(xiàn)的概率越大。245種宏觀態(tài)相應的微觀態(tài)數目分布圖左4右0左325與平衡態(tài)的微小偏離，就是漲落（始終存在）兩邊粒子數相同時概率最大，對應于平衡態(tài)若

N

=1023總微觀狀態(tài)數16:5種宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率為(已歸一)

左4右0

和左0右4

概率各為1/16；

左3右1

和左1右3

概率各為4/16；

左2右2

概率為6/16（出現(xiàn)概率最大）。對應于微觀狀態(tài)數最多的宏觀態(tài)就是系統(tǒng)的平衡態(tài)N=1023概率N/2Nn25與平衡態(tài)的微小偏離，就是漲落（始終存在）兩邊粒子數相同時26

某一宏觀態(tài)所對應的微觀狀態(tài)數目，叫該宏觀態(tài)的熱力學概率，用

表示

討論：全部分子自動收縮到左邊的宏觀態(tài)出現(xiàn)的熱力學概率是多少？當分子數N=NA(1摩爾)時,二.熱力學概率

:全部分子自動收縮到左邊的宏觀態(tài)原則上雖然可以出現(xiàn)，但實際上不可能出現(xiàn)！當分子數N

=4時,

(已歸一化)26某一宏觀態(tài)所對應的微觀狀態(tài)數目，討論：全部分子自動收27例.用鉛字隨機排版，寫出一百萬字的小說可能嗎？

熱二律（自然過程的方向性）的定量表述:“熱力學概率

總是沿增大的方向發(fā)展”?！热糠肿幼詣邮湛s到左邊的概率還大得多得多！孤立系統(tǒng)總是從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡27例.用鉛字隨機排版，寫出一百萬字的小說可能嗎？熱二律（28三.熱力學第二定律的統(tǒng)計意義平衡態(tài)—

最概然態(tài)非平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)自發(fā)

“

一個孤立系統(tǒng)其內部自發(fā)進行的過程，總是由熱力學概率小的宏觀態(tài)向熱力學概率大的宏觀態(tài)過渡”——熱二律的統(tǒng)計意義28三.熱力學第二定律的統(tǒng)計意義平衡態(tài)—最概然態(tài)非平衡29功→熱：有序運動→熱運動熱傳導：速度分布無序性增加自由膨脹：空間分布無序性增加所以，自然過程（不可逆過程）總是沿著無序性增加（熵增加）的方向進行。熵增加熱力學第二定律是個統(tǒng)計規(guī)律，它只適用于大量分子的系統(tǒng)。對于不可逆過程，例如：29功→熱：有序運動→熱運動熱傳導：速度分布無序性增加自由膨30自然界中發(fā)生的熱力學過程都是有方向性的，如：熱傳導、氣體自由膨脹、擴散等。判斷前一個不可逆過程方向的標準是溫度的高低，判斷后一個不可逆過程的標準是分子密度的大小。這樣，對不同的過程就有不同的標準來判斷。為了把判斷不可逆過程方向的