马文蔚《大学物理》第十三章3课件

大学物理成都工业学院通信工程系第十三章热力学基础教学基本要求一、掌握内能、功和热量等概念。理解准静态过程。二、掌握热力学第一定律，理解理想气体的定体摩尔热容、定压摩尔热容，能分析计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量。三、理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率。四、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和熵增加原理。§13-5熵熵增加原理

可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其他变化，这样的过程叫做可逆过程。一、可逆过程与不可逆过程准静态无摩擦过程为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。非准静态过程为不可逆过程.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。可逆过程的条件非自发传热自发传热高温物体低温物体

热传导

热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.热力学第二定律的实质无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发(1)

在相同高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机都具有相同的效率。二、卡诺定理(2)

工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。(

不可逆机)（可逆机）以卡诺机为例，有END可逆卡诺机三、熵如何判断孤立系统中过程进行的方向？1、熵概念的引入

结论：可逆卡诺循环中，热温比总和为零。热温比等温过程中吸收或放出的热量与热源温度之比.

任意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成。一微小可逆卡诺循环对所有微小循环求和时，则

结论：对任一可逆循环过程，热温比之和为零。2、熵是态函数可逆过程

ABCD可逆过程在可逆过程中，系统从状态A变化到状态B，其热温比的积分只决定于始末状态，而与过程无关。据此可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称为熵。

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.物理意义无限小可逆过程熵的单位可逆过程四、熵增加原理：孤立系统中的熵永不减少.

孤立系统不可逆过程孤立系统可逆过程孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加.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：给出自发过程进行方向的判据.

热力学第二定律亦可表述为：一切自发过程总是向着熵增加的方向进行

.五、熵增加原理与热力学第二定律证明

理想气体绝热自由膨胀过程是不可逆的.在态1和态2之间假设一可逆等温膨胀过程不可逆12END无序有序热功转换完全功不完全热

热力学第二定律的实质:

自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.(一)熵与无序六、热力学第二定律的统计解释非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导非均匀、非平衡均匀、平衡扩散过程自发外力压缩不可逆过程的本质

系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程.

一切自发过程的普遍规律

概率小的状态概率大的状态(二)无序度和微观状态数六、热力学第二定律的统计解释讨论个粒子在空间的分布问题可分辨的粒子集中在左空间的概率粒子集中在左空间的概率粒子均匀分布的概率可分辨粒子总数N=4各种分布的状态总数第种分布的可能状态数

N

1

2

4

N

W0（左）(三)熵与热力学概率玻尔兹曼关系式熵W热力学概率（微观状态数）、无序度、混乱度.

（2）熵是孤立系统的无序度的量度.（平衡态熵最大）（W

愈大，S

愈高，系统有序度愈差

.）

（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

.负熵

有序度生命科学：熵的高低反映生命力的强弱.信息论：负熵是信息量多寡的量度.环境学：负熵流与环境.玻尔兹曼的墓碑

为了纪念玻尔兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献，他的墓碑上寓意隽永地刻着

这表示人们对玻尔兹曼的深深怀念和尊敬.耗散结构（1）宇宙真的正在走向死亡吗？

实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化

.（2）生命过程的自组织现象生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展.（3）无生命世界的自组织现象云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等.

（和外界有能量交换和物质交换的系统叫开放系统）（4）开放系统的熵变开放系统熵的变化孤立系统开放系统系统内部不可逆过程所产生的熵增加系统与外界交换能量或物质而引起的熵流END图中两卡诺循环吗？讨论例1、汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率。解吸放CDBAPV1V2o又BC和DA是绝热过程：所以吸放CDBAPV1V2o（2）氢气为双原子气体由表13-1查得，有12常量（3）对等温过程对绝热过程,有12常量例2氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中。开始时，氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至1个标准大气压，从而使氮气液化。试问此时氮的温度为多少?解：氮气可视为理想气体，其液化过程为绝热过程。氮气为双原子气体由表13-1查得例3：一气缸内有一定的水，缸壁由良导热材料制成.作用于活塞上的压强摩擦不计。开始时，活塞与水面接触。若环境(热源)温度非常缓慢地升高到。求把单位质量的水汽化为水蒸汽，内能改变多少?已知汽化热密度解水汽化所需的热量水汽化后体积膨胀为水水蒸气

热源END例4

设有5mol

的氢气，最初温度，压强，求下列过程中把氢气压缩为原体积的1/10

需作的功：（1）等温过程（2）绝热过程（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？12常量

解：（1）等温过程

已知：

12常量例5一电冰箱放在室温为的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在。现每天有