热力学第二定律热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展VIP免费

10.410.4热力学第二定律热力学第二定律10.510.5热力学第二定律热力学第二定律的微观解释的微观解释10.610.6能源和可持续发能源和可持续发展展将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同．将烧红的铁块投入水中，结果铁块温度更高，水的温度更低。电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了．相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高．•热传导的过程是有方向性热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向的，这个过程可以向一个方向自发自发地进行，但是向相反的方地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。向却不能自发地进行。•要实现相反方向的过程，必要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。其它影响或引起其它变化。一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。降温我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化．热机热机是一种把内能内能转化为机械能的装置•气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1•推动活塞做功W•排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。•Q1=W+Q2•热机效率•ηη=W/Q=W/Q11热源冷凝器热机机械能和内能的转化机械能和内能的转化过程具有方向性。过程具有方向性。打开阀门，容器A中的气体会自发地向容器B中膨胀。最后两容器都充满气体。容器B中的气体能否自发地流入容器A,使B中成为真空?热源热机冷凝器•克劳修斯表述：克劳修斯表述：热量不能自不能自发发地从低温物体传到高温物体。•开尔文表述：开尔文表述：不可能从单一单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响。热力学第二定律的热力学第二定律的微观解释微观解释1.1.有序和无序有序和无序有序：有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。无序：无序：不符合某种确定规则的称为无序。无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。反。有序和无序是相对的。2.2.宏观态和微观态宏观态和微观态宏观态：宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。微观态：微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。热力学第二定律的热力学第二定律的微观意义微观意义：：一切自然过程总是沿着一切自然过程总是沿着无序性增无序性增大大的方向进行。的方向进行。在热力学中，序：区分度。序：区分度。对于一个热力学系统，如果处于非平非平衡态衡态，我们认为它处于有序有序的状态，如果处于平衡态平衡态，我们认为它处于无序无序的状态。3.3.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义3.3.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义•热力学第二定律的微观意义热力学第二定律的微观意义•不可逆过程的统计性质不可逆过程的统计性质（以气体自由膨胀为例）（以气体自由膨胀为例）一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示：分布（宏观态）详细分布（微观态）14641AB统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。热力学几率热力学几率：与同一宏观态相...