第9章-热学(9-5)VIP免费

§5§5热力学第二定律热力学第二定律设在某一过程中，系统从物态A变化到物态B.如果能使系统进行逆向变化，从物态B恢复到初态A，而且在恢复到初态A时，周围的一切也都恢复原状，则该过程称为可逆过程.5-1热力学过程的方向性如果系统不能回复到原物态A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，则该过程称为不可逆过程.自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程.可逆机：能产生可逆循环过程的机器。不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。F气体自由膨胀过程的不可逆性指除了由单一热源吸热,并且把所有的热用来做功以外的其它任何变化;5-2热力学第二定律热机1211QQQWη1)0(2Q只从单一热源吸取热量完全变为有用的功而不产生其他影响的热机。第二类永动机不可能制成一种循环动作的热机，只从吸取热量完全变为有用的功而不产生。(1)开尔文表述第二类永动机不可能制成。说明：(1)“单一热源”,温度均匀而且恒定不变;(2)“其它影响”,单一热源其他影响克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。例1.“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的热量全部用来对外作功．”对此说法,有以下几种评论,哪一种是正确的?[](A)不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律(B)不违反热力学第二定律,但违反热力学第一定律(C)不违反热力学第一定律,也不违反热力学第二定律(D)违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律C分析:吸收的热量全部对外做功了,但这时却产生了其它的影响,理想气体的体积膨胀了,要想使系统恢复原状,就必须对气体做功.证明热力学第二定律两种表述的一致性：高温热源T1低温热源T2AABBQ1Q1=WWQ2Q1+Q2Q2Q2如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。高温热源T1低温热源T2AABBWQ2Q1Q2Q2=Q1-Q2W如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。指出一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。热力学第二定律的实质5-3卡诺定理1.在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。121TT2.在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。121TT≤5-4热力学第二定律的统计意义AABBABAB12345768一二三四微观态宏观态微观态:在A、B两室中分子各种可能的分布状态。宏观态:对各分子不加区别，仅从A、B两室的分子数分布来确定的状态。共有4种宏观态，8种微观态1．理想气体自由膨胀过程分析AABB12345768一二三四微观态宏观态不同宏观态所包含的微观态数目不同。:in第个宏观态的微观态数目;i:n总的微观态数目nnWii出现第个宏观态的概率:i;81一W;83二W;83三W;81四W结论：对应的微观态数目越多,宏观态出现的概率越大。假设气体总分子数为N，在某一个宏观态下A室中有n个分子。这一宏观态包含的微观态数目：!!!nNnNΩ两边取对数)!ln(!ln!lnlnnNnNΩ由斯特林公式：NNNNln!ln1N)ln()(lnlnlnnNnNnnNNΩ多个分子的情况对微观态数Ω求极值0ddnΩ令2Nn解得A、B两室分子均匀分布时的宏观态所包含的微观态数目Ω最大。结论：自由膨胀过程实质上是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的宏观态方向进行。不可逆过程的实质：孤立系统内部发生的一切不可逆过程总是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观态数目多的宏观态方向进行。一切不可逆过程都是从有序状态向无序状态的方向进行。2．热二律的统计意义1.根据热力学第二定律可知,下列说法中唯一正确的是[](A)功可以全部转换为热,但热不能全部转换为功(B)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(C)不可逆过程就是不能沿相反方向进行的过程(D)一切自发过程都是不可逆过程2.热力学第二定律表明:[](A)不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功(B)在一个可逆过程中,工作物质净吸热等于对外作的功(C)摩擦生热的过程是不可逆的(D)热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体选择题DC