2020山大附中高中物理竞赛辅导课件(热学)熵增加原理举例(共22张PPT)

1、2020山大附中高中物理竞赛辅导课件(热学)熵增加原理举例(共22张PPT)2020山大附中高中物理竞赛辅导课件(热学)熵增加原理举例(熵增加原理举例孤立系统所进行的自然过程总是有序向无序过渡，热力学几率增加, 熵S= kln 增加，都将导致整个系统熵的增加。或者说，在孤立系统发生的自然过程，总是沿着熵增加的方向进行。熵增加原理：在孤立系统中发生的任何SS0或 S0在孤立系统中发生不可逆过程引起了整个系统熵的增加不可逆过程不可逆过程S=S0或 S=0 可逆过程熵增加原理举例孤立系统所进行的自然过程总是有序向无序过渡，热 不能将有限范围（地球）得到的熵增原理外推到浩瀚的宇宙中去。否则会得出宇宙必

2、将死亡的“热寂说”错误结论。例：一乒乓球瘪了（并不漏气），放在热水中浸泡，它重新鼓起来，是否是一个“从单一热源吸热的系统对外做功的过程”，这违反热力学第二定律吗？ 球内气体的温度变了 不能将有限范围（地球）得到的熵例：一乒乓球瘪了例：理想气体经历下述过程，讨论E，T，S，W 和 Q 的符号。PV等温线ab12ETWQ1 2S00+00-PVab绝热线12ETWQ1 2S0+-+0-+-例：理想气体经历下述过程，讨论E，T，S，W 和 Q 例：1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1 到V2 ，求熵的变化。？2DSdQTdQTQT=1210E=1E2T1T2=S T），最大输出功是多少？解：1） 可逆卡诺

3、热机效率最高，且这就是最大输出功2）工作物质Q，则热库 -Q例：一物体热容量 C（常数），温度 T，环境温度 T，要求例：1kg 0 oC的冰与恒温热库（t=20 oC ）接触，冰和水微观 状态数目比？（熔解热=334J/g）最终熵的变化多少？解：冰融化成水水升温，过程设计成准静态过程，即，与一系列热库接触由玻耳兹曼熵公式例：1kg 0 oC的冰与恒温热库（t=20 oC ）接触，热库，设计等稳放热过程总熵变化例：1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1 到V2 ，求熵的变化。1）由玻耳兹曼熵公式，因 （R=kNA ）2） 是否 ？设计一可逆过程来计算热库，设计等稳放热过程总熵变化例：1摩尔气体绝热自由

4、膨胀，由例：1mol 理想气体装在一个容器中，被绝热隔板分成相等的两 部分（体积相等，粒子数相等），但温度分别为 T1 和 T2 ， 打开绝热隔板，混合，达到平衡态，求熵的变化。解：1）设计一可逆过程，使气体温度达到平衡温度 T，再混合相同气体？2）利用积分得对两部分分别计算，然后再相加，结果相同。不同气体混合熵例：1mol 理想气体装在一个容器中，被绝热隔板分成相等的两两边是相同气体，中间有无隔板，微观状态数不变。相同气体混合熵不同气体温度、压强相同被分成两部分，后混合。S = kNlnV + const.S = kNlnV - 2 k N/2 lnV/2 = kN ln2 混合熵对一摩尔气

5、体两边是相同气体，相同气体混合熵不同气体温度、压强相同S = 两个粒子相同，M+M-1+ - - - - - - +1 =2M（M+1） M22！三个粒子相同I22！I=1I=MM33 - 2！M33！ M个格两个不同粒子任意添，M2种添法N个相同粒子，当NMMNN！ 三个不同粒子有 M3 添法两个粒子相同，M+M-1+ - - - - - - +1 =热库，设计等稳放热过程总熵变化例：1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1 到V2 ，求熵的变化。1）由玻耳兹曼熵公式，因 （R=kNA ）2） 是否 ？设计一可逆过程来计算热库，设计等稳放热过程总熵变化例：1摩尔气体绝热自由膨胀，由计算熵时 S = k

6、 ln 相同粒子熵 S = S不同粒子 - k ln N! S不同粒子 - k N ln N/eS = S不同粒子 - k N ln N/e + 2k N/2 ln N/2e = 0微观状态数目是对于 N 个粒子全同情况计算熵时 S = k ln 相同粒子熵 S = 例：N个原子的单原子理想气体，装在体积 V 内，温度为 T 的微观状态数目 是多少？解：利用积分得或例： 在汽油机中，混入少量汽油的空气所组成的气体被送入 汽缸内，然后气体经历循环过程。这个过程可以近似地 用以下各步表示，气体先被压缩，气体爆炸，膨胀做功， 最后排气，完成循环。求该热机的效率。解：设想一个比较接近的可逆循环过程全同

7、粒子？例：N个原子的单原子理想气体，装在体积 V 内，温度为 TPVabcdV1V2Q2Q1计算 Q1同理由绝热过程只决定于体积压缩比，若压缩比 7，=1.4 ，则 =55%，实际只有25%。PVabcdV1V2Q2Q1计算 Q1同理由绝热过程只决定于4.9 温熵图dW=PdV，P-V 图上曲线下面积为做的功； 熵是状态量，又dQ=TdS，T-S 图上曲线下面积为吸的热。TSQTSQ=WTSQ=WT1T2可逆卡诺循环效率都相同，4.9 温熵图dW=PdV，P-V 图上曲线下面积为做的功；4.10 熵和能量退化前例，物体温度 T，环境温度 T，可利用的热 C（T- T），但最大功只有不可逆过程在能量利用的后果是使一定的能量 Ed 从能做功的形式变为不能做功的形式，即，成了退化的能量。1） 机械功全部变热能，高温热库温度 T 变为 T+dT利用低温热库 T，热机做功退化的能量4.10 熵和能量退化前例，物体温度 T，环境温度 T，可从而有2） TA 和TB 传递热量 dQ3）理想气体温度 T ， 由V1 到V2 ，绝热自由膨胀与热库接触，等温膨胀绝热自由膨胀不做功，利用低温