熱學(xué)熵和熵增加原理課件

熵和熵增加原理熵和熵增加原理11.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。定義熱力學(xué)幾率：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學(xué)幾率

。熱力學(xué)概率Ω是分子運(yùn)動無序性的一種量度熱力學(xué)幾率最大，實(shí)際觀測到的可能性或幾率最大。在一定條件下，若系統(tǒng)最初不在平衡態(tài)，則隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)將向Ω增大的宏觀態(tài)過渡，并最終到達(dá)平衡態(tài)。Ω越大，分子的空間分布、運(yùn)動狀態(tài)越是無序。1.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一2對整個(gè)宇宙不適用。如布朗運(yùn)動。平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下

最大的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過渡，從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)過渡。自然過程總是向著使系統(tǒng)熱力學(xué)幾率Ω增大的方向進(jìn)行。4.熱力學(xué)第二定律的適用范圍注意：微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂、最無序的狀態(tài)。一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。1）適用于宏觀過程對微觀過程不適用，2）孤立系統(tǒng)有限范圍。對整個(gè)宇宙不適用。如布朗運(yùn)動。平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下3S=kln

(k為玻爾茲曼常數(shù)）對于系統(tǒng)的某一宏觀態(tài)，有一個(gè)

值與之對應(yīng)，因而也就有一個(gè)S值與之對應(yīng)克勞修斯根據(jù)卡諾定理導(dǎo)出了熱量和熵的基本關(guān)系。1.熵的引入二、熵和熵增加原理當(dāng)狀態(tài)由狀態(tài)‘1’變化到狀態(tài)‘2’時(shí)系統(tǒng)的熵增量：1887年玻爾茲曼用熵S來表示系統(tǒng)無序性的大小：熵是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。S=kln(k為玻爾茲曼常數(shù)）對于系統(tǒng)的某4對可逆過程有克勞修司等式。對不可逆過程有克勞修司不等式?？藙谛匏镜仁奖硎荆涸谌魏我粋€(gè)可逆過程中，工作物在各溫度下所吸收的熱量與該溫度之比的和為零。說明積分值只由初、末態(tài)決定，與積分路徑無關(guān)。確實(shí)存在一個(gè)態(tài)函數(shù)，它的增量只與狀態(tài)有關(guān)，而與變化的路徑無關(guān)，這就是態(tài)函數(shù)“熵”，記為“S”。對可逆過程有對不可逆過程有克勞修司不等式?？藙谛匏?3..熵增加原理對于絕熱過程，可得系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)經(jīng)一絕熱過程到達(dá)另一平衡態(tài)，它的熵永不減少。如果過程是可逆的，則熵的數(shù)值不變；如果過程是不可逆的，則熵的數(shù)值增加。熵增加原理孤立系統(tǒng)中所發(fā)生的過程必然是絕熱的，故熵增加原理還可表述為：孤立系統(tǒng)的熵永不減小。

用熵來表述熱力學(xué)第二定律：在孤立系統(tǒng)中所進(jìn)行的自然過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行。平衡態(tài)的熵最大。用數(shù)學(xué)表述熱力學(xué)第二定律：對孤立系統(tǒng)的自然過程有2.熱力學(xué)第二定律與熵3..熵增加原理對于絕熱過程，可得系統(tǒng)從6若系統(tǒng)是不絕熱的，則可將系統(tǒng)和外界看作一復(fù)合系統(tǒng)，此復(fù)合系統(tǒng)是絕熱的，則有：由于自然界中一切真實(shí)過程都是不可逆的，所以孤立系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的過程的方向就是熵增加的方向。

(dS)復(fù)合=dS系統(tǒng)+dS外界若系統(tǒng)經(jīng)絕熱過程后熵不變，則此過程是可逆的；若熵增加，則此過程是不可逆的。注意：熵增加原理只適用于孤立系統(tǒng)。對非孤立系統(tǒng)熵可增加也可減少。例如:一杯水，它不斷被外界吸收熱量，變成冰，它的熵就減少了。由S=kln，熵增加原理可解釋為：一個(gè)孤立系統(tǒng)發(fā)生的過程總是從微觀狀態(tài)數(shù)小的狀態(tài)變化到大的狀態(tài)?！膳袛噙^程的性質(zhì)

——可判斷過程的方向

若系統(tǒng)是不絕熱的，則可將系統(tǒng)和外界看作一復(fù)合系統(tǒng)，此7例如：絕熱容器中A、B兩物體相接觸，，這兩個(gè)物體組成一個(gè)系統(tǒng)。A向B傳熱過程為不可逆絕熱過程。設(shè)微小時(shí)間t內(nèi)傳熱QA的熵變B的熵變系統(tǒng)熵變對任意微小時(shí)間內(nèi)熵是增加的，對整個(gè)過程熵也是增加的。孤立系統(tǒng)、不可逆過程熵總是增加的。例如：絕熱容器中A、B兩物體相接觸，8S是狀態(tài)函數(shù)。在給定的初態(tài)和終態(tài)之間，系統(tǒng)無論通過何種方式變化（經(jīng)可逆過程或不可逆過程），熵變一定相同。當(dāng)系統(tǒng)由初態(tài)A通過一可逆過程R到達(dá)終態(tài)B時(shí)求熵變的方法：直接用來計(jì)算。（2）可設(shè)計(jì)一個(gè)連接同樣初終兩態(tài)的任意一個(gè)可逆過程R，再利用來計(jì)算。當(dāng)系統(tǒng)由初態(tài)A通過一不可逆過程到達(dá)終態(tài)B時(shí)求熵變的方法：（1）把熵作為狀態(tài)參量的函數(shù)表達(dá)式推導(dǎo)出來，再將初、終兩態(tài)的狀態(tài)參量值代入，從而算出熵變。5.熵變的計(jì)算S是狀態(tài)函數(shù)。在給定的初態(tài)和終態(tài)之間，系統(tǒng)無論通過何9

例1

已知在P=1.013105Pa和T=273.15K下，1.00kg冰融化為水的融解熱為h=334kJ/kg。試求1.00kg冰融化為水時(shí)的熵變。1.00kg冰融化為水時(shí)的熵變?yōu)椋航猓涸诒绢}條件下，冰水共存。若有熱源供熱則發(fā)生冰向水的等溫相變。利用溫度為273.15+dT的熱源供熱，使冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗倪^程成為可逆過程。可逆等溫過程：可逆等容過程：可逆等壓過程：例1已知在P=1.013105Pa和T=27101.熵是大量微觀粒子熱運(yùn)動所引起的無序性的量度。2.熵越大，狀態(tài)幾率越大。3.熵是熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)幾率或無序度的量度。4.熵越大無序度越高。5.絕熱系統(tǒng)、實(shí)際過程熵總是增大的。6