大学物理学第二版下册热力学第二定律.ppt
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1、任何热力学过程都必须满足热一律,满足热一律任何热力学过程都必须满足热一律,满足热一律的过程一定都能实现吗?的过程一定都能实现吗?高温物体高温物体低温物体低温物体热量自发传给热量自发传给 不能不能功功热热转化为转化为 不能不能气体体积气体体积V V1 1自由膨胀为自由膨胀为气体体积气体体积V V2 2 不能不能自自然然过过程程的的方方向向性性1.自然界一切自然界一切实际的热力学过程实际的热力学过程都是按一定方向进行的都是按一定方向进行的.定义:一个系统从状态定义:一个系统从状态A A,经历一过程经历一过程A AB B达到达到另一个状态另一个状态B B,如果系统从状态如果系统从状态B B回复到状态
2、回复到状态A A时,时,外界也同时恢复原状(即系统回到原来状态的同时外界也同时恢复原状(即系统回到原来状态的同时消除了原来过程消除了原来过程A AB B对外界引起的一切影响对外界引起的一切影响),则),则称称A AB B过程为过程为可逆过程可逆过程;反之,如果用任何曲折复;反之,如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完全复原,则称杂的方法都不能使系统和外界完全复原,则称A AB B过程过程为为不可逆过程不可逆过程。可可逆逆过过程程只只是是一一种种理理想想过过程程,我我们们所所能能做做到到的的只能是使实际过程尽量接近可逆过程。只能是使实际过程尽量接近可逆过程。一切与热现象有关的实际宏观过程都
3、是不可逆的一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的!无摩擦的准静态过程是可逆过程。2.关于可逆过程与不可逆过程指出下列说法正确的是:关于可逆过程与不可逆过程指出下列说法正确的是:A.不可逆过程是系统不能恢复到初状态的过程不可逆过程是系统不能恢复到初状态的过程B.不可逆过程是外界有变化的过程不可逆过程是外界有变化的过程C.不可逆过程一定找不到另一过程使系统和外界同时复不可逆过程一定找不到另一过程使系统和外界同时复原原D.不可逆过程就是不能向反方向进行的过程不可逆过程就是不能向反方向进行的过程#1a0901015aC3.关于可逆过程与不可逆过程指出下列说法错误的是:关于可逆过程与不可逆过程指出下
4、列说法错误的是:A.A.可逆的热力学过程一定是准静态过程可逆的热力学过程一定是准静态过程B.一切与热现象有关的实际过程是不可逆的一切与热现象有关的实际过程是不可逆的C.一切自发的过程都是不可逆的一切自发的过程都是不可逆的D.准静态过程一定是可逆的准静态过程一定是可逆的E.凡是有摩擦的过程一定是不可逆的凡是有摩擦的过程一定是不可逆的#1a0901015bD4.13.4 13.5 13.613.4 13.5 13.6热力学第二定律热力学第二定律一、一、热力学第二定律的宏观表述热力学第二定律的宏观表述二、二、热力学第二定律的微观意义热力学第二定律的微观意义三、热力学概率热力学概率 熵熵 熵增加原理熵
5、增加原理主要内容:主要内容:关于自然过程的方向的规律关于自然过程的方向的规律5.不可能从单一热源吸取热量,使之不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而完全变为有用功而不产生其它影响不产生其它影响。热量不可能热量不可能自动地自动地从低温物体从低温物体传向高温物体。传向高温物体。开尔文表述开尔文表述克劳修斯表述克劳修斯表述 热热力力学学第第二二定定律律是是反反映映自自然然界界过过程程进进行行方方向向和和条条件件的的规规律律,其其本本质质是是:一一切切与与热热现现象象有有关关的的宏宏观观过过程程都是有方向的都是有方向的(不可逆的不可逆的)。一、一、热力学第二定律的宏观表述热力学第二定律的宏观表
6、述 热二律的两种表述热二律的两种表述两种表述相互沟通、完全等效!两种表述相互沟通、完全等效!6.从微观看,任何热力学过程总包含大量分子的无序运从微观看,任何热力学过程总包含大量分子的无序运动状态的变化。热一律说明热运动过程中能量要遵守动状态的变化。热一律说明热运动过程中能量要遵守的规律。热二律说明大量分子的运动的的规律。热二律说明大量分子的运动的无序无序(分子的分子的位置、速度大小、方向、动能位置、速度大小、方向、动能)程度变化的规律。程度变化的规律。热功转换热功转换微观上看:微观上看:转化为转化为不能不能大量分子的大量分子的有序运动有序运动大量分子的大量分子的无序运动无序运动结论是:结论是:
7、向无序状态方向进行!向无序状态方向进行!二、二、热力学第二定律微观意义热力学第二定律微观意义8.初态(两个温度初态(两个温度不同的系统)不同的系统)热传导热传导末态(温度相同末态(温度相同的系统)的系统)温度是分子无序运动平温度是分子无序运动平均动能大小的量度均动能大小的量度初态(两个系统平均初态(两个系统平均动能动能不同不同,分子运动,分子运动无序,但仍可区分)无序,但仍可区分)末态(两个系统平均末态(两个系统平均动能动能相同相同,分子运动,分子运动无序,也不可区分,无序,也不可区分,即更加无序)即更加无序)结论结论是:是:向无序性增大的方向进行!向无序性增大的方向进行!不能不能9.气体分子
8、由占据较气体分子由占据较小的空间小的空间结论结论是:是:向更加无序的状态方向进行!向更加无序的状态方向进行!气体体积气体体积V1自由膨胀为自由膨胀为气体体积气体体积V2不能自由压缩为不能自由压缩为气体分子由占据较大气体分子由占据较大的空间的空间一切自然过程总是沿着分子运动的无序性增大的方一切自然过程总是沿着分子运动的无序性增大的方向进行。向进行。说明:它说明:它涉及大量分子涉及大量分子的运动的无序性变化的规的运动的无序性变化的规律,律,因此因此热力学第二定律是一条统计规律。热力学第二定律是一条统计规律。气体绝热自由膨胀气体绝热自由膨胀热力学第二定律的微观意义(统计意义):热力学第二定律的微观意
9、义(统计意义):10.根据热力学第二定律判定下列哪个说法正确:根据热力学第二定律判定下列哪个说法正确:A.A.热量可以从高温物体传到低温物体,但不能从低温物热量可以从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体;体传到高温物体;(自发自发)B.B.功可以完全变为热量功可以完全变为热量,而热量不能完全变为功;而热量不能完全变为功;C.C.一切自发过程都是不可逆的;一切自发过程都是不可逆的;D.D.不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程#1a0901018aC11.热力学第二定律表明热力学第二定律表明,下列说法正确的是:下列说法正确的是:A.A.热量不可
10、能从温度低的物体传到温度高的物体;热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体;B.摩擦生热的过程是不可逆的;摩擦生热的过程是不可逆的;C.功可以完全变为热量功可以完全变为热量,而热量不能完全变为功;而热量不能完全变为功;D.不可能从单一热源吸热使之全部变为有用的功;不可能从单一热源吸热使之全部变为有用的功;E.有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量规则运动的能量不能变为有规则运动的能量.#1a0901018bB12.根据热力学第二定律,根据热力学第二定律,下列说法错的是下列说法错的是:A.A.热量从高温物体
11、向低温物体传递是不可逆的;热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的;B.B.一切热机的效率都只能小于一;一切热机的效率都只能小于一;C.C.功可以完全变为热量功可以完全变为热量,而热量不能完全变为功;(在而热量不能完全变为功;(在自发时才是正确的)自发时才是正确的)D.D.一个孤立系统内一个孤立系统内,一切实际过程都向着状态概率增大一切实际过程都向着状态概率增大的方向进行的方向进行.#1a0901018cC13.三热力学二律的数学形式三热力学二律的数学形式热力学概率热力学概率玻耳兹曼的基本思路:玻耳兹曼的基本思路:系统的同一个宏观状态实际系统的同一个宏观状态实际上可能对应于非常多的微观状态,而这
12、些微观状态上可能对应于非常多的微观状态,而这些微观状态是粗略的宏观描述所不能加以区别的。是粗略的宏观描述所不能加以区别的。什么是宏观状态所对应的微观状态?什么是宏观状态所对应的微观状态?一个被隔板分为一个被隔板分为A、B相等两部分的相等两部分的容器,装有容器,装有4个个涂以不同颜色分子涂以不同颜色分子。ABAB 以气体自由膨胀中分子的位置分布为例以气体自由膨胀中分子的位置分布为例宏观状态:宏观状态:左右两部分各有几个分子左右两部分各有几个分子微观状态:微观状态:这个或那个分子各处在左或这个或那个分子各处在左或右的哪一侧。右的哪一侧。14.分布分布(宏观态)(宏观态)详细分布详细分布(微观态)(
13、微观态)1464微观状态数微观状态数1左左4,右右0 左左3,右,右1左左2,右,右2左左0,右,右4左左1,右,右3分析到达末态时每种宏观状分析到达末态时每种宏观状态对应多少微观状态数。态对应多少微观状态数。15.对于一个宏观状态,有很多微观状态与之对应对于一个宏观状态,有很多微观状态与之对应。一般一般气体包含分子数的量级为气体包含分子数的量级为10102323,对应于一个宏观状态,对应于一个宏观状态的微观状态数十分巨大!的微观状态数十分巨大!16.有有n n个分子处在左侧部分的微观状态数个分子处在左侧部分的微观状态数总分子数总分子数N N总微观状态数总微观状态数17.在一定的宏观条件下,各
14、种可能的宏观态中哪一种是实际所观测到的?对应于微观状态数最多的宏观状态就是对应于微观状态数最多的宏观状态就是系统在一定宏观条件下的平衡态。系统在一定宏观条件下的平衡态。对应微观状态数目多的宏观状态其出现的概率大。对应微观状态数目多的宏观状态其出现的概率大。任一宏观状态所对应的微观状态数任一宏观状态所对应的微观状态数热力学概率热力学概率 热力学概率热力学概率意义:意义:分子热运动无序性的一种量度。分子热运动无序性的一种量度。系统将随着时间的变化向系统将随着时间的变化向 增大的宏观状态过渡,增大的宏观状态过渡,最后达到最后达到 为最大值的平衡状态为最大值的平衡状态。18.关于热力学过程进行的方向和
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