满足能量守恒的过程一定都能实现吗? 第三章热力学第二定律熵 概述 自然过程的 热二律的两 证明卡 方向性及其 种典型表述 诺定理 相互依存 微观统计意义 克劳修斯熵 数学描述 玻耳兹曼熵 低温热学实验 熵增加原理 热力学 能量观点: 时间的开放系统 第三定律 能量的退化方向性生命与熵
第三章 热力学第二定律 熵 满足能量守恒的过程一定都能实现吗？ 概述 自然过程的 方向性及其 相互依存 热二律的两 种典型表述 证明卡 诺定理 数学描述 玻耳兹曼熵 微观统计意义 克劳修斯熵 低温热学实验 熵增加原理 热力学 第三定律 能量观点: 能量的退化 时间的 方向性 开放系统: 生命与熵
§3.1~§32热力学第二定律及其微观统计意义 自然过程的方向性 ()一切自然过程(实际宏观过程)①有摩擦 都是不可逆过程!!②非准静态 Mt ●功热转换有方向性热→功:不可能自动地进行 °热传导有方向性 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体 气体作绝热自由膨胀的方向性 气体向真空作绝热自由膨胀是不可逆的 有摩擦 系统由非平衡态趋向平衡态的过程是不可逆过程 可逆过程外界未变初态 末态不可逆过程外界有变 无摩擦的无机械能损耗的温差无限小的 准静态过程机械运动过程热传导过程
§3.1~§3.2 热力学第二定律及其微观统计意义 一.自然过程的方向性 •功热转换有方向性. 热功:不可能自动地进行. •热传导有方向性 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体. •气体作绝热自由膨胀的方向性 气体向真空作绝热自由膨胀是不可逆的. (一)一切自然过程(实际宏观过程) 都是不可逆过程 !! •系统由非平衡态趋向平衡态的过程是不可逆过程. 可逆过程:外界未变 初态 末态 不可逆过程:外界有变 ①有摩擦 ②非准静态 无摩擦的 准静态过程 无机械能损耗的 机械运动过程 温差无限小的 热传导过程
(二)各种自然过程的不可逆性是相互依存的,是等价的 种过程的方向性存在(消失),则另一过程的方向性也存在(消失) 若功热转换的方向性消失 假想装 T →热传导的方向性也消失置Q T 热源0T 热源T 高温热源T1 高温热源T1 °若热传导的方向性消失 假想 Q →功热转换的方向性也消失装 热 4 置Q2k机 低温热源T2 低温热源T °若理气绝热自由膨胀的方向性消失→功热转换的方向性也消失
(二)各种自然过程的不可逆性是相互依存的,是等价的. 一种过程的方向性存在(消失),则另一过程的方向性也存在(消失) •若理气绝热自由膨胀的方向性消失 功热转换的方向性也消失 热传导的方向性也消失 •若功热转换的方向性消失 •若热传导的方向性消失 功热转换的方向性也消失
二热力学第二定律 热量不可能自动地由 低温物体传向高温物体 热力学第二定律的克劳修斯表述 其唯一效果是热全部变 °热力学第二定律的开尔文表述 成功的过程是不可能的 不可能制成一种循环动作的热机,他只从单一热源吸收热量, 使之完全变为有用的功而周围其他物体不发生任何变化 ※卡诺定理:在相同的高温热源T1与相同的低温热源T2之间工作 的一切热机:(1)m=1-T2/T1(2)不可)1-T2/T· 证E何可逆①m>,E正→Q1<Q1→Q'2<Q2 →Q2-Q2=Q1-Q1>0(不可能)→m>m 高温热源T →nm=n=1-7,/,-与工质无类/EA9 ②m<η,E逆→…→m'η y E不可逆:→们不可>们c 单热源热机(第2类永动机)是不可能制成的。 低温热源T2
二.热力学第二定律 •热力学第二定律的克劳修斯 表述 •热力学第二定律的开尔文表述 热量不可能自动地由 低温物体传向高温物体 其唯一效果是热全部变 成功的过程是不可能的 不可能制成一种循环动作的热机,他只从单一热源吸收热量, 使之完全变为有用的功,而周围其他物体不发生任何变化. *卡诺定理:在相同的高温热源T1与相同的低温热源T2之间工作 的一切热机:(1) (2) . 2 1 可逆 1T /T 2 1 不可逆 1T /T [证] E可逆: Q2 Q2 Q1 Q1 0(不可能 ) 2 1 可逆 C 1 T / T 1 1 2 2 , E 正 Q Q Q Q ② , E 逆 E不可逆 : 不可逆 C 与工质无关 ① •单热源热机(第2类永动机)是不可能制成的。
三热力学第二定律的微观统计意义 孤立系统内的 热传导具有方向性热源1其| 自然宏观过程葸是 他 有序度”大→有序度功热转换具有方向性(工质)外 界 “无序度”小→“无序度 气体的绝热自由 ”大 膨胀具有方向性热源27: 境 L“混乱度”小→“混乱度 大 孤立系统 对少量粒 子不成立 对大量粒子运动的统计规律 涨落大时不成立 4个粒子可能自动返回A 布朗运动 B
三.热力学第二定律的微观统计意义 孤立系统内的 自然有宏序观→过无程序总是: “有序度”大→“有序度 ”小 “无序度”小→“无序度 ”大 “混乱度”小→“混乱度 ”大 对少量粒 对大量粒子运动的统计规律 子不成立 4个粒子可能自动返回A 内 A B 涨落大时不成立 布朗运动