1、熱力學(xué)基礎(chǔ) 熱力學(xué)是從能量的觀點(diǎn)來(lái)研究與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的各種自然現(xiàn)象的宏觀規(guī)律的理論。它的研究方法與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)不同，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而將物質(zhì)視為連續(xù)體，從大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，找出物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)的關(guān)系，得出宏觀過(guò)程進(jìn)行的方向及性質(zhì)。具有高度的普適性與可靠性。本章主要介紹熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和熵的概念,揭示熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀特性和微觀本質(zhì)之間的聯(lián)系.熱力學(xué)系統(tǒng)：大量微觀粒子分子、原子等組成的宏觀物體。外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。 系統(tǒng)分類按系統(tǒng)與外界交換特點(diǎn)：孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量又無(wú)物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換開放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換5-1 熱力

2、學(xué)第一定律當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)在外界影響下，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程，稱為熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程。一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程例：推進(jìn)活塞壓縮汽缸內(nèi)的氣體時(shí)，氣 體的體積，密度，溫 度 或壓強(qiáng)都將變化，在過(guò) 程中的任意時(shí)刻，氣體 各局部的密度， 壓強(qiáng)， 溫度都不完全相同。pV圖上，一點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)，一條連續(xù)曲線代表一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。這條曲線的方程稱為過(guò)程方程。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)經(jīng)歷的所有中間態(tài)都無(wú)限接近于一個(gè)平衡態(tài)的過(guò)程。非靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過(guò)程中所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過(guò)程。二、內(nèi)能、功和熱量熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能：所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間勢(shì)能的總和。理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能是

3、狀態(tài)量,是熱力系狀態(tài)的單值函數(shù)。 內(nèi)能的改變只決定于初、末狀態(tài)而與所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān)。理想氣體的內(nèi)能就是理想氣體的熱能.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功當(dāng)活塞移動(dòng)微小位移dx時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界所作的元功為：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，系統(tǒng)對(duì)外界作總功為：系統(tǒng)對(duì)外作正功；系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功；系統(tǒng)不作功。 比較 a , b下的面積可知，功的數(shù)值不僅與初態(tài)和末態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過(guò)程的路徑有關(guān)。 功是過(guò)程量由積分意義可知，功的大小等于pV 圖上過(guò)程曲線p(V)下的面積。熱量 在熱傳遞過(guò)程中,系統(tǒng)吸收或放出能量的多少。 熱量是過(guò)程量1mol物質(zhì)升高1K所吸收的熱量。摩爾熱容摩爾物質(zhì)吸收的熱量摩爾熱容Cm為過(guò)程量

4、定壓摩爾熱容定容摩爾熱容三、熱力學(xué)第一定律某一過(guò)程，系統(tǒng)從外界吸熱 Q，對(duì)外界做功 W，系統(tǒng)內(nèi)能從初始態(tài) E1變?yōu)?E2，那么由能量守恒：Q0，系統(tǒng)吸收熱量；Q0，系統(tǒng)對(duì)外作正功；W0，系統(tǒng)內(nèi)能增加；E0,系統(tǒng)內(nèi)能減少。規(guī)定對(duì)無(wú)限小過(guò)程對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，如果系統(tǒng)對(duì)外作功是通過(guò)體積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么熱力學(xué)第一定律另一表述：制造第一類永動(dòng)機(jī)(能對(duì)外不斷自動(dòng)作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的機(jī)器)是不可能的。5-2 熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用1.等容過(guò)程V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，T2T1pV0ab那么定容摩爾熱容為一、四個(gè)根本過(guò)程2. 等壓過(guò)程p=恒量12pOV2V1V

5、 等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量一局部用來(lái)增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一局部用來(lái)對(duì)外做功。邁耶公式絕熱系數(shù) 在等壓過(guò)程，溫度升高1度時(shí)，1mol理想氣體多吸收8.31J的熱量，用來(lái)轉(zhuǎn)換為膨脹時(shí)對(duì)外做功。定壓摩爾熱容為3. 等溫過(guò)程T=恒量，dT=0，dE=0。pVp1p2IIIOV2V1 等溫過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功，系統(tǒng)內(nèi)能保持不變。4. 絕熱過(guò)程系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。 絕熱過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外做功全部是以系統(tǒng)內(nèi)能減少為代價(jià)的。pVp1p2IIIOV2V1由熱力學(xué)第一定律和理想氣體狀態(tài)方程，可得絕熱方程泊松方程pVp1p2IIIOV2V1絕熱過(guò)程的功氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0， W=0，E=

6、0氣體溫度升高?降低?還是不變?理想氣體再次到達(dá)平衡態(tài)時(shí)溫度復(fù)原,但此過(guò)程不是等溫過(guò)程!氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0， W=0，E=0實(shí)際氣體再次到達(dá)平衡態(tài)時(shí)溫度一般不會(huì)復(fù)原!實(shí)際氣體內(nèi)能=分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能+分子間勢(shì)能假設(shè)過(guò)程中分子平均力以斥力為主, 溫度升高!斥力做正功,勢(shì)能減小,內(nèi)能不變,動(dòng)能增加.假設(shè)過(guò)程中分子平均力以引力為主, 溫度降低!引力做負(fù)功,勢(shì)能增加,內(nèi)能不變,動(dòng)能減小.絕熱線與等溫線比較絕熱線等溫線等溫絕熱絕熱線比等溫線更陡。等容過(guò)程等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程例:1mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱至體積增大一倍，再等容加熱至壓強(qiáng)增大一倍，最后再經(jīng)絕熱膨脹，

7、使其溫度降至初始溫度。試求： (1)狀態(tài)d的體積Vd；(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所作的功;(3)整個(gè)過(guò)程吸收的熱量。解： (1)根據(jù)題意根據(jù)物態(tài)方程oVp2p1p1V12V1abcd根據(jù)絕熱方程(2)先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V1abcd(3)計(jì)算整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量有兩種方法方法一：根據(jù)整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量等于各分過(guò)程吸收熱量的和。oVp2p1p1V12V1abcd方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2p1p1V12V1abcd 系統(tǒng)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程叫循環(huán)過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。循環(huán)工作的物質(zhì)稱為工作物質(zhì)，簡(jiǎn)稱工質(zhì)。循環(huán)過(guò)程的特點(diǎn)：E=0假設(shè)循環(huán)的每一階段

8、都是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，那么此循環(huán)可用p-V 圖上的一條閉合曲線表示。pVabcd沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的循環(huán)稱為正循環(huán)。沿逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的循環(huán)稱為逆循環(huán)。二、循環(huán)過(guò)程1.循環(huán)過(guò)程的特點(diǎn)正循環(huán)工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中對(duì)外作的凈功W等于曲線所包圍的面積。整個(gè)循環(huán)過(guò)程工質(zhì)從外界吸收熱量的總和為Q1放給外界的熱量總和為Q2(取絕對(duì)值)正循環(huán)過(guò)程是將吸收的熱量中的一局部Q凈轉(zhuǎn)化為有用功，另一局部Q2放回給外界。W逆循環(huán)工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中對(duì)外作的凈功W等于曲線所包圍的面積。整個(gè)循環(huán)過(guò)程工質(zhì)放給外界的熱量的總和為Q1(取絕對(duì)值)，從外界吸收熱量總和為Q2W熱機(jī)性能的標(biāo)志之一是效率。熱機(jī):通過(guò)工質(zhì)使熱量不斷轉(zhuǎn)換為功的機(jī)器。

9、2.熱機(jī)效率熱機(jī)效率W3.制冷系數(shù)制冷系數(shù)工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚?duì)它所作的功以熱量的形式傳給高溫?zé)嵩矗浣Y(jié)果可使低溫?zé)嵩吹臏囟雀?，到達(dá)制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，說(shuō)明制冷機(jī)效能越好。W制冷機(jī)：獲得低溫的裝置。熱機(jī)效率制冷系數(shù)4. 卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程所組成的循環(huán)稱之為卡諾循環(huán)。高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2工質(zhì)卡諾熱機(jī)12：與溫度為T1的高溫?zé)嵩唇佑|，T1不變， 體積由V1膨脹到V2，從熱源吸收熱量為:23：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，吸熱為零。34：與溫度為T2的低溫?zé)嵩唇佑|,T2不變，體積由V3壓縮到V4，從熱源放熱為:41：絕熱壓縮，體積由V4變到V1，吸

10、熱為零。對(duì)絕熱線23和41：說(shuō)明：1完成一次卡諾循環(huán)必須有溫度一定的高溫 和低溫?zé)嵩础?卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源溫度有關(guān)。3卡諾循環(huán)效率總小于1。4在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的工作的 一切熱機(jī)中，卡諾循環(huán)的效率最高?，F(xiàn)代熱電廠水蒸氣溫度5800C, 冷凝水溫度約300C理論實(shí)際卡諾制冷機(jī) 逆向卡諾循環(huán)反映了制冷機(jī)的工作原理，其能流圖如下圖。工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃縌2和外界對(duì)它所作的功W以熱量的形式傳給高溫?zé)嵩碤1.高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2工質(zhì)制冷系數(shù)利用液體或氣體燃料在汽缸內(nèi)直接燃燒獲得熱量而對(duì)活塞做功。內(nèi)燃機(jī)5.實(shí)際熱機(jī)和制冷機(jī)空氣標(biāo)準(zhǔn)奧托循環(huán)的效率ab：絕熱壓縮bc：等容吸熱cd：

11、絕熱膨脹da：等容放熱C-毛細(xì)節(jié)流閥 B-冷凝器 D-冷庫(kù) E-壓縮機(jī) 電冰箱冷庫(kù)蒸發(fā)器把熱量由低溫物體抽到高溫物體的裝置。熱泵工作原理：與制冷機(jī)相同。工作系數(shù)冬天的空調(diào)器就是一種熱泵。假設(shè)熱泵的工作系數(shù)為5，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)做1焦耳的功，通過(guò)熱泵就可以向室內(nèi)供給5焦耳的熱量，比直接用電熱只能得到1焦耳的熱量經(jīng)濟(jì)多了。例 1mol氧氣作如下圖的循環(huán).求循環(huán)效率.解:QpVpV000等溫abc02VQQcaabbc一、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程可逆過(guò)程: 在系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中,如果逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程的每一狀態(tài),而不引起其他變化.不可逆過(guò)程: 在不引起其他變化的條件下 , 不能使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程的每一狀態(tài)，或

12、者雖然重復(fù)但必然會(huì)引起其他變化.注意：不可逆過(guò)程不是不能逆向進(jìn)行，而是說(shuō)當(dāng)過(guò)程逆向進(jìn)行時(shí)，系統(tǒng)和外界不能同時(shí)完全復(fù)原。5-3 熱力學(xué)第二定律功熱轉(zhuǎn)換 功變熱是自動(dòng)地進(jìn)行的。 功熱轉(zhuǎn)換的過(guò)程是有方向性的。熱傳導(dǎo) 熱量是自動(dòng)地從高溫物體傳到低溫物體。 熱傳遞過(guò)程是有方向性的。氣體的絕熱自由膨脹 氣體自動(dòng)地向真空膨脹。 氣體自由膨脹過(guò)程是有方向性的。一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過(guò)程都是不可逆的?？赡孢^(guò)程是理想化的過(guò)程。開爾文表述不可能從單一熱源吸取熱量，并使之完全變成有用的功而不引起其他變化。等價(jià)表述：第二類永動(dòng)機(jī)從單一熱源吸熱并全部變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。二、熱力學(xué)第二定律1. 熱力學(xué)第二定律的表述

13、 克勞修斯表述熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體?？傊疅崃W(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是說(shuō)明一切自發(fā)過(guò)程都是不可逆的。它是說(shuō)明熱力學(xué)過(guò)程的方向、條件和限制的。2.兩種表述的一致性高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2不可逆過(guò)程的初態(tài)和終態(tài)存在怎樣的差異?假設(shè)A中裝有a、b、c、d 4個(gè)分子用四種顏色標(biāo)記。開始時(shí)，4個(gè)分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)那么運(yùn)動(dòng)。3. 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義分布(宏觀態(tài))詳細(xì)分布(微觀態(tài))A4B0宏觀態(tài) 微觀態(tài)數(shù) 1 A3B1宏觀態(tài) 微觀態(tài)數(shù)4A2B2宏觀態(tài)微觀態(tài)數(shù) 6A1B3宏觀態(tài)微觀態(tài)數(shù) 4A0B4宏觀態(tài)微觀態(tài)數(shù) 14個(gè)粒子的分布情

14、況,總共有16=24個(gè)微觀態(tài)。統(tǒng)計(jì)理論的一個(gè)根本假設(shè)： 對(duì)于孤立系，各個(gè)微觀態(tài)出現(xiàn)的可能性概率是相同的。A4B0 -微觀態(tài)數(shù) 1 A3B1 - 微觀態(tài)數(shù)4A2B2 - 微觀態(tài)數(shù) 6A1B3 - 微觀態(tài)數(shù) 4A0B4 - 微觀態(tài)數(shù) 1A4B0和A0B4, 微觀態(tài)各為1，幾率各為1/16;A3B1和A1B3, 微觀態(tài)各為4，幾率各為4/16，A2B2， 微觀態(tài)為6，幾率最大為6/16。20個(gè)分子的位置分布宏 觀 狀 態(tài)一種宏觀狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)左20 右0左18 右2左15 右5左11 右9左10 右10左9 右11左5 右15左2 右18左0 右2011901550416796018476516

15、7960155041901 假設(shè)系統(tǒng)分子數(shù)為N，那么總微觀態(tài)數(shù)為2N，N個(gè)分子自動(dòng)退回A室的幾率為1/2N。 1mol氣體的分子自由膨脹后，所有分子退回到A室的幾率為意味著此事件觀察不到。分子均勻分布的宏觀態(tài)平衡態(tài)是分子運(yùn)動(dòng)最無(wú)序、最混亂的狀態(tài)，分子全部集中在一室的宏觀態(tài)是分子運(yùn)動(dòng)最有序的狀態(tài)。實(shí)際觀測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀態(tài)。即系統(tǒng)最后所到達(dá)的平衡態(tài)。熱力學(xué)概率(熱力學(xué)幾率) 宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)，用W表示。平衡態(tài)對(duì)應(yīng)于一定宏觀條件下 W 最大的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義: 自然界實(shí)際過(guò)程實(shí)質(zhì)上是從有序狀態(tài)向無(wú)序狀態(tài)進(jìn)行；或者說(shuō)從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)多的宏觀態(tài)進(jìn)行；或者

16、說(shuō)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行。(2)在相同的上下溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)，其效率不可能大于可逆熱機(jī)的效率。(1)在相同高溫?zé)嵩?T1)和低溫?zé)嵩?T2) 之間工作的一切可逆熱機(jī)，其效率都等于卡諾熱機(jī)的效率,與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。三、 卡諾定理引入態(tài)函數(shù)熵熵的微觀意義是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度。熵具有可加性玻耳茲曼熵系統(tǒng)熵值越大、系統(tǒng)越加無(wú)序，越加混亂，平衡態(tài)對(duì)應(yīng)的是最無(wú)序、最混亂的狀態(tài)。5-4 熵及熵增加原理一、玻耳茲曼熵(統(tǒng)計(jì)熵) 熵變熵增S只取決于初、終態(tài)的熵值，而與所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān)。一孤立系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆過(guò)程 ， 孤立系統(tǒng)內(nèi)不管進(jìn)行什么過(guò)程，系統(tǒng)的熵不會(huì)減少，即熵增加

17、原理。二、熵增加原理經(jīng)歷可逆過(guò)程，那么W2 =W1，S=0三、克勞修斯熵(熱力學(xué)熵)由卡諾定理表達(dá)式便有若恢復(fù)工質(zhì)吸熱為正,放熱為負(fù),則pV對(duì)任意可逆循環(huán)對(duì)于任意一個(gè)可逆循環(huán)可以看作為由無(wú)數(shù)個(gè)卡諾循環(huán)組成，相鄰兩個(gè)卡諾循環(huán)的絕熱過(guò)程曲線重合，方向相反，互相抵消。當(dāng)卡諾循環(huán)數(shù)無(wú)限增加時(shí)，鋸齒形過(guò)程曲線無(wú)限接近于用藍(lán)色線表示的可逆循環(huán)。任一可逆循環(huán)，用一系列微小可逆卡諾循環(huán)代替。每一 可逆卡諾循環(huán)都有：Qi1Qi2Ti1Ti2絕熱線等溫線pV對(duì)任意可逆循環(huán)所有可逆卡諾循環(huán)加一起：分割無(wú)限?。嚎藙谛匏沟仁綄?duì)任意不可逆循環(huán)：克勞修斯不等式任意兩點(diǎn)A和B，連兩條路徑 1 和 2對(duì)于一個(gè)可逆過(guò)程, 只決定

18、于系統(tǒng)的始末狀態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān),于是可以引入一個(gè)只決定于系統(tǒng)狀態(tài)的態(tài)函數(shù).狀態(tài)函數(shù) S，熵終態(tài)及初態(tài)系統(tǒng)的熵對(duì)于微小過(guò)程克勞修斯熵克勞修斯熵對(duì)于不可逆過(guò)程：對(duì)于一個(gè)絕熱系統(tǒng)或孤立系統(tǒng) ，則有：熱力學(xué)根本方程理解熵的概念及熵增原理時(shí)要注意： 1. 熵是態(tài)函數(shù)。熵變和過(guò)程無(wú)關(guān)，它只決定于系統(tǒng)的始末狀態(tài)。 2. 對(duì)于非絕熱或非孤立系統(tǒng)，熵有可能增加，也有可能減少。四、克勞修斯熵與玻耳茲曼熵的等價(jià)關(guān)系給出某狀態(tài)熵的絕對(duì)值只給出了從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)的過(guò)程中熵的變化對(duì)非平衡態(tài)也有意義玻耳茲曼熵更有意義只對(duì)系統(tǒng)的平衡態(tài)有意義是系統(tǒng)平衡態(tài)的函數(shù)克勞修斯熵玻耳茲曼熵克勞修斯熵與玻耳茲曼熵的等價(jià)關(guān)系設(shè)有理

19、想氣體，自由膨脹（V2 , T）從(V1 , T)不可逆過(guò)程玻耳茲曼熵變膨脹前后熱力學(xué)概率之比為分子在體積V內(nèi)的位置分布的熱力學(xué)概率W熵是態(tài)函數(shù)，熵變與過(guò)程無(wú)關(guān)?？捎玫葴乜赡孢^(guò)程計(jì)算過(guò)程熵變?？藙谛匏轨刈儾６澛刈儍烧哂?jì)算結(jié)果相同自由膨脹（V2 , T）從(V1 , T)不可逆過(guò)程五、熵的計(jì)算1. 對(duì)于可逆過(guò)程熵變可用下式進(jìn)行計(jì)算 2. 如果過(guò)程是不可逆的不能直接應(yīng)用上式。 由于熵是一個(gè)態(tài)函數(shù)，熵變和過(guò)程無(wú)關(guān)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)始末狀態(tài)相同的可逆過(guò)程來(lái)代替，然后再應(yīng)用上式進(jìn)行熵變的計(jì)算。例：1mol理想氣體的狀態(tài)變化如下圖。其中1-3為等溫線，1-4為絕熱線。試分別由以下三種過(guò)程計(jì)算氣體的熵的變化

20、S= S3- S1:(1)1-2-3;(2)1-3;(3)1-4-3.oVp4V1V2123oVp4V1V2123例：由絕熱壁構(gòu)成的容器中間用導(dǎo)熱隔板分成兩局部，如下圖，體積均為V，各盛1mol同種理想氣體。開始時(shí)A部溫度為TA，B部溫度為TB(TA)。經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間兩局部氣體到達(dá)共同的熱平衡溫度T=(TA+TB)/2。試計(jì)算此熱傳導(dǎo)過(guò)程初、末兩態(tài)的熵差。解：該過(guò)程是不可逆過(guò)程系統(tǒng)總熵變等于子系統(tǒng)熵變和熵變?nèi)Q于子系統(tǒng)的初、末狀態(tài)。子系統(tǒng)體積保持不變，可用可逆等容過(guò)程代替該不可逆過(guò)程計(jì)算熵變。六、能量退降熱傳導(dǎo) 兩個(gè)物體A和B，溫度分別為TA和TB，接觸后發(fā)生熱傳導(dǎo)，熱量dQ由A傳到B。 利用熱

21、量dQ轉(zhuǎn)變成功 以TA和T0作為高、低溫?zé)嵩?，?jīng)卡諾機(jī)吸取熱量，那么對(duì)外作功 B獲得熱量后，利用此熱量在TB和T0兩熱源，此卡諾機(jī)對(duì)外作功 經(jīng)熱傳導(dǎo)后，有一局部能量不能用來(lái)作功，即系統(tǒng)中有局部?jī)?nèi)能喪失了做功的能力。退化能系統(tǒng)熵變退化能與不可逆過(guò)程的熵變成正比。理想氣體絕熱自由膨脹mol理想氣體退降能量退化能與不可逆過(guò)程的熵變成正比。熵變是能量退化的量度。 不可逆過(guò)程在能量利用上的后果總是使一定的能量從能做功的形式變?yōu)椴荒茏龉Φ男问?，即成了“退降的能量，大小和不可逆過(guò)程所引起的熵的增加成正比。 自然界的一切過(guò)程中能量在不斷地退化，即正在不斷地變成不能用來(lái)做功的無(wú)用能，這是熵增的必然結(jié)果。能量退化

22、原理能量的品質(zhì)品質(zhì)高能 量引力能電勢(shì)能機(jī)械動(dòng)能核能太陽(yáng)能化學(xué)能地?zé)崮苡钪嫖⒉ū尘拜椛淠艿湍芰科焚|(zhì)降低的過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行，而能量品質(zhì)升高的過(guò)程不可自發(fā)進(jìn)行，必須有補(bǔ)償才能進(jìn)行。5-5 信息熵一、信息熵作為該事件不確定程度的量度(缺乏信息量度)1.若一個(gè)事件有W個(gè)等可能性的結(jié)局，每個(gè)結(jié)局出現(xiàn)的幾率定義信息，包括用語(yǔ)言、文字、符號(hào)或圖像所傳遞或交流著的所有知識(shí)，還包括五官所感覺到的一切。信息熵可能狀態(tài)出現(xiàn)概率信息熵(香農(nóng)熵)2.假設(shè)一個(gè)事件的W個(gè)結(jié)局出現(xiàn)的時(shí)機(jī)不相等該事件信息熵的加權(quán)平均值例:計(jì)算猜?lián)淇伺频男畔㈧?如果某人給出無(wú)任何信息的面朝下的一張撲克牌, 那么:如果給出撲克牌是一張“A, 那么:信

23、息熵信息熵如果又被告知撲克牌是一張黑桃“A, 那么:信息熵隨著掌握的信息逐漸增多，信息的不確定度減少, 因而信息熵變小.二、信息量信息量有兩種含義:(1)對(duì)事物全然無(wú)知(信息熵最大) 到有所知,絕對(duì)地獲得了多少信息量(用I表示).(2)從掌握了一定素材、已提煉出一定量信息,到掌握更多素材、提煉出更多信息,在兩步之間相對(duì)地獲得了多少信息量(用I,稱為信息增量).信息論定律:一個(gè)體系的信息量與信息熵之和保持恒定, 并等于該體系在恒定條件下所能達(dá)到的最多信息量 或最大信息熵例:猜?lián)淇伺?知道是一張“A開始知道是黑桃“A信息量的增量等于信息熵的減少.信息的信息量為收到信息前后，信息熵為信息熵S的減少事

24、件不確定性的減少信息量的增加信息熵是負(fù)熵5-6 耗散結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介熱力學(xué)第一定律能量守恒,無(wú)論如何轉(zhuǎn)換,人類取之不盡,用之不竭.熱力學(xué)第二定律不可逆過(guò)程總要或多或少降低能量品質(zhì),使能量退降.克勞修斯的“熱寂說(shuō)宇宙的開展最終走向一個(gè)除了分子熱運(yùn)動(dòng)以外沒(méi)有任何宏觀差異和宏觀運(yùn)動(dòng)的死寂狀態(tài).孤立系統(tǒng)且偏離平衡態(tài)不遠(yuǎn)一、自組織現(xiàn)象兩類有序結(jié)構(gòu)分子水平上定義的有序,并且可以在孤立的環(huán)境中和在平衡的條件下維持,不需要和外界環(huán)境進(jìn)行任何物質(zhì)和能量的交換.呈現(xiàn)出宏觀范圍的時(shí)空有序,只有在非平衡條件下通過(guò)與外界環(huán)境的物質(zhì)和能量的交換才能維持.耗散結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)有序生物體的有序1.生命過(guò)程的自組織現(xiàn)象 一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部由無(wú)序變?yōu)橛行蚴蛊渲写罅糠肿影匆欢ǖ囊?guī)律運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為自組織現(xiàn)象。生物體處于開放的和遠(yuǎn)離平衡態(tài)在各級(jí)水平上都呈現(xiàn)有序現(xiàn)象 (花朵、動(dòng)物皮毛呈現(xiàn)規(guī)那么圖案)時(shí)間上的有序表現(xiàn)在生物過(guò)程隨時(shí)間周期性變化 (生物鐘)生物進(jìn)化中充滿了各種由無(wú)序到有序的開展和變化貝納德對(duì)流把戲?qū)α饔行颥F(xiàn)象2.無(wú)生命