第七章热力学基础3课件

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等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它不是循环过程.12

卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.低温热源高温热源卡诺热机1234牛牛文库文档分享

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永动机的设想图牛牛文库文档分享永动机

牛牛文库文档分享第二类永动机:从单一热源吸热并全部变为功的热机第二类永动机是不可能实现的。牛牛文库文档分享第二类永动机:

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虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.热量不可能自动地由低温物体传向高温物体.高温热源低温热源卡诺致冷机二克劳修斯表述1234牛牛文库文档分享

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1

热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映出自然过程进行具有方向性.2

热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.牛牛文库文档分享注意

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对于孤立系统，从非平衡态向平衡态过渡是自动进行的，这样的过程叫自然过程.三自然过程的方向性

水只能自发地由高处向低处流；热量只能自发地由高温处向低温处传递；气体只能自发地由高压处向低压处流动；摩擦生热的过程是不可能朝相反的方向进行。牛牛文库文档分享对于孤立

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可逆过程

:如果存在一个逆过程，该逆过程能使系统和外界同时完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界引起的一切影响），则原来的过程称为可逆过程.

四可逆过程与不可逆过程牛牛文库文档分享可逆过程:

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非准静态过程为不可逆过程.

不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.

准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.

可逆过程的条件牛牛文库文档分享

牛牛文库文档分享例7.7一乒乓球瘪了（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牛牛文库文档分享例7.7

牛牛文库文档分享一、热力学第二定律的微观意义功热转换

机械功（电功）热能

有序运动

无序运动

热传导T2T1动能分布较有序TT动能分布更无序气体自由膨胀位置较有序位置更无序牛牛文库文档分享一、热力学第二定

牛牛文库文档分享大量分子从无序程度较小（或有序）的运动状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化。热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。牛牛文库文档分享大量分子从无序程

牛牛文库文档分享二、热力学概率与玻尔兹曼熵1、热力学概率假设A中装有a、b、c、d4个分子（用四种颜色标记）。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。如何定量描述自然过程的方向性?牛牛文库文档分享二、热力学概率与

牛牛文库文档分享分布（宏观态）详细分布（微观态）A4B0（宏观态）

微观态数1A3B1（宏观态）微观态数4A2B2（宏观态）微观态数

6牛牛文库文档分享分布详细分布A4

牛牛文库文档分享分布（宏观态）详细分布（微观态）A1B3（宏观态）微观态数

4A0B4（宏观态）微观态数

1从图知,4个粒子的分布情况,总共有16=24个微观态。A4B0和A0B4,微观态各为1，几率各为1/16;A3B1和A1B3,微观态各为4，几率各为4/16，A2B2，微观态为6，几率最大为6/16。牛牛文库文档分享分布详细分布A1

牛牛文库文档分享意味着此事件观察不到

若系统分子数为N，则总微观态数为2N，N个分子自动退回A室的几率为1/2N。

1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到A室的几率为牛牛文库文档分享意味着此事件观察

牛牛文库文档分享热力学概率宏观态所对应的微观态数叫做该宏观态的热力学概率，用Ω表示.自然过程总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态进行，这就是热力学第二定律的统计意义.牛牛文库文档分享热力学概率宏观态

牛牛文库文档分享熵（2）熵是系统内分子热运动的无序性的一种量度.（Ω越大，S越高，系统有序度越差.）（1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述.2.玻耳兹曼熵对两个子系统和牛牛文库文档分享熵（2）熵是系统

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在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，这就是熵增加原理.牛牛文库文档分享在孤立系

牛牛文库文档分享（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关.一卡诺定理（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率.(不可逆机)（可逆机）牛牛文库文档分享（1）在相同的高

牛牛文库文档分享工作于高、低温热源T1，T2之间的热机效率二克劳修斯等式与不等式采用热力学第一定律中对热量正负的规定热温比：系统从某一热源吸收的热量Q和该热源的温度T之比.牛牛文库文档分享工作于高、低温热

牛牛文库文档分享结论：卡诺循环中，系统热温比的总和总是小于或者等于零.任意一个循环过程可看成一系列微小卡诺循环组成对于任意循环AⅠBⅡA(不可逆循环)（可逆循环）当时，则克劳修斯不等式牛牛文库文档分享结论：卡诺循环中

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在可逆过程中，系统从状态A改变到状态B,其热温比的积分只取决于初末状态，与过程无关.据此可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称熵.可逆循环三克劳修斯熵**ABⅡⅠ可逆过程牛牛文库文档分享在可逆

牛牛文库文档分享微小可逆过程

热力学系统从初态A

变化到末态B

，系统熵的增量等于初态A和末态

B之间任意一可逆过程热温比（）的积分.物理意义

熵的单位

可逆过程**ABⅢⅠⅡ牛牛文库文档分享微小可逆过程

牛牛文库文档分享四熵增加原理

孤立系统不可逆过程孤立系统可逆过程

孤立系统中所发生的一切不可逆过程的熵总是增加，可逆过程熵不变，这就是熵增加原理。牛牛文库文档分享四熵增加原理

牛牛文库文档分享熵增加原理是热力学第二定律的数学表达式.它为我们提供了判别一切过程进行方向的准则.平衡态A平衡态B（熵不变）可逆过程非平衡态平衡态（熵增加）不可逆过程自发过程

熵增加原理成立的条件:孤立系统或绝热过程.

熵增加原理的应用：给出实际过程进行方向的判椐牛牛文库文档分享熵增加原理是热力

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等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它不是循环过程.12

卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.低温热源高温热源卡诺热机1234牛牛文库文档分享

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永动机的设想图牛牛文库文档分享永动机

牛牛文库文档分享第二类永动机:从单一热源吸热并全部变为功的热机第二类永动机是不可能实现的。牛牛文库文档分享第二类永动机:

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虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.热量不可能自动地由低温物体传向高温物体.高温热源低温热源卡诺致冷机二克劳修斯表述1234牛牛文库文档分享

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1

热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映出自然过程进行具有方向性.2

热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.牛牛文库文档分享注意

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对于孤立系统，从非平衡态向平衡态过渡是自动进行的，这样的过程叫自然过程.三自然过程的方向性

水只能自发地由高处向低处流；热量只能自发地由高温处向低温处传递；气体只能自发地由高压处向低压处流动；摩擦生热的过程是不可能朝相反的方向进行。牛牛文库文档分享对于孤立

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可逆过程

:如果存在一个逆过程，该逆过程能使系统和外界同时完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界引起的一切影响），则原来的过程称为可逆过程.

四可逆过程与不可逆过程牛牛文库文档分享可逆过程:

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非准静态过程为不可逆过程.

不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.

准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.

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牛牛文库文档分享例7.7一乒乓球瘪了（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牛牛文库文档分享例7.7

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机械功（电功）热能

有序运动

无序运动

热传导T2T1动能分布较有序TT动能分布更无序气体自由膨胀位置较有序位置更无序牛牛文库文档分享一、热力学第二定

牛牛文库文档分享大量分子从无序程度较小（或有序）的运动状态向无序程度大（或无序）的运动状态转化。热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。牛牛文库文档分享大量分子从无序程

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微观态数1A3B1（宏观态）微观态数4A2B2（宏观态）微观态数

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4A0B4（宏观态）微观态数

1从图知,4个粒子的分布情况,总共有16=24个微观态。A4B0和A0B4,微观态各为1，几率各为1/16;A3B1和A1B3,微观态各为4，几率各为4/16，A2B2，微观态为6，几率最大为6/16。牛牛文库文档分享分布详细分布A1

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若系统分子数为N，则总微观态数为2N，N个分子自动退回A室的几率为1/2N。

1mol气体的分子自由膨胀后，所有分子退回到A室的几率为牛牛文库文档分享意味着此事件观察

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牛牛文库文档分享熵（2）熵是系统内分子热运动的无序性的一种量度.（Ω越大，S越高，系统有序度越差.）（1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述.2.玻耳兹曼熵对两个子系统和牛牛文库文档分享熵（2）熵是系统

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在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态，这就是熵增加原理.牛牛文库文档分享在孤立系

牛牛文库文档分享（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关.一卡诺定理（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率.(不可逆机)（可逆机）牛牛文库文档分享（1）在相同的高

牛牛文库文档分享工作于高、低温热源T1，T2之间的热机效率二克劳修斯等式与不等式采用热力学第一定律中对热量正负的规定热温比：系统从某一热源吸收的热量Q和该热源的温度T之比.牛牛文库文档分享工作于高、低温热

牛牛文库文档分享结论：卡诺循环中，系统热温比的总和总是小于或者等于零.任意一个循环过程可看成一系