3.3.1自然過程的方向3.3.2熱力學(xué)第二定律3.3.3熱力學(xué)第二定律及其微觀意義3.3.4熱力學(xué)概率熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計解釋3.3.5熵3.3自然過程的方向01自然過程的方向

所有熱力學(xué)過程——遵守?zé)崃W(xué)第一定律滿足第一定律的過程——不一定都能實現(xiàn)熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的方向性摩擦力做的功

——可以全部轉(zhuǎn)變成熱

熱機吸的熱

——不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾龉崃?/p>

——能夠自動從高溫物體傳向低溫物體熱量

——不能自動從低溫物體傳向高溫物體一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際過程——都具有方向性和限度1功熱轉(zhuǎn)換——摩擦力做的功可以全部轉(zhuǎn)變成熱轉(zhuǎn)軸和飛輪自動地冷卻——不能進(jìn)行——飛輪轉(zhuǎn)動飛輪的動能克服轉(zhuǎn)軸摩擦力作功摩擦力做功轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸和飛輪的內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱w輪的動能飛輪轉(zhuǎn)動起來

——摩擦力做功全部變熱的過程不可逆——2熱傳導(dǎo)——熱量總是自動從高溫物體傳向低溫物體——不能進(jìn)行——兩個物體接觸熱量自動傳向低溫物體兩個物體達(dá)到熱平衡熱量自動地從低溫物體傳向高溫物體——熱量自動從高溫物體傳向低溫物體的過程不可逆——3真空中氣體的絕熱自由膨脹——真空中氣體的絕熱自由膨脹的過程不可逆的————不能進(jìn)行——氣體自動地壓縮恢復(fù)原來的狀態(tài)不可逆的相互依存

摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)變成熱——不可逆

熱量能夠自動從高溫物體傳向低溫物體——不可逆

氣體真空中絕熱自由膨脹——不可逆不可逆性過程具有相互依賴性！一種不可逆性消失，其它的不可逆性也隨之消失!

摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)變成熱——不可逆不可逆性消失——熱可以全部轉(zhuǎn)變對外做功設(shè)計一種裝置G——從熱庫T0吸收Q全部用于對外做功將該功用于攪拌水中的葉片水的內(nèi)能增加水的溫度升高將假想的裝置G、轉(zhuǎn)軸和葉片看作成一個整體從熱庫T0吸收Q全部用于水的內(nèi)能增加——溫度升高——熱量能夠自動從低溫?zé)釒靷鞯礁邷叵到y(tǒng)——

熱量能夠自動從高溫物體傳向低溫物體——不可逆消失不可逆性消失——熱量自動從低溫傳向高溫物體假想裝置G——使熱量Q2從低溫?zé)釒熳詣觽飨蚋邷責(zé)釒炜ㄖZ熱機一次循環(huán)對外做功

熱量能夠自動從高溫物體傳向低溫物體——不可逆從高溫?zé)釒煳鼰?/p>

Q1向低溫?zé)釒旆艧酫22)將卡偌熱機和G看作一個整體——低溫?zé)嵩床蛔兿到y(tǒng)從單一高溫?zé)釒煳鼰?，對外做?/p>

摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)變成熱——不可逆消失

理想氣體絕熱自由膨脹——不可逆不可逆性消失——氣體可以自動收縮設(shè)計一種熱庫與理想氣體側(cè)壁絕熱的氣缸底部接觸(a)1)氣缸中氣體從熱庫吸熱Q

作等溫膨脹對外做功A=Q(b)2)氣體自動收縮到原來體積(c)

摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)變成熱——不可逆消失02熱力學(xué)第二定律1熱力學(xué)過程的方向性所有熱力學(xué)過程都遵守?zé)崃W(xué)第一定律但滿足熱力學(xué)第一定律的過程不一定都能實現(xiàn)

2熱力學(xué)第二定律

克勞修斯表述(1850年)熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體

開爾文表述(1851年)其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的03熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進(jìn)行

熱功轉(zhuǎn)換功轉(zhuǎn)變成熱——機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程有序(定向)運動的分子與無序(隨機)運動分子之間的碰撞——機械能轉(zhuǎn)變熱運動動能——有序到無序——可以自然發(fā)生飛輪的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能

熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)——兩個不同溫度物體接觸，熱量自動從高溫物體傳向低溫物體，最后兩個物體的溫度相同。——分子之間無序運動的平均動能的交換以平均動能區(qū)分兩個物體中分子無序運動平均動能不同——較為有序狀態(tài)平均動能相同——更加無序狀態(tài)有序到無序——可以自然發(fā)生

理想氣體絕熱自由膨脹——氣體從占有空間較小的狀態(tài)變化到占有較大空間的狀態(tài)以分子分布的空間位置來標(biāo)志大量分子無序性占有空間較小——較為有序狀態(tài)占有空間較大——較為無序狀態(tài)有序到無序——可以自然發(fā)生04熱力學(xué)概率一個實際的熱力學(xué)過程總是沿著一定的方向進(jìn)行各個宏觀狀態(tài)存在著某種本質(zhì)差別，決定了熱力學(xué)系統(tǒng)過程進(jìn)行的方向！!!玻耳茲曼——從微觀上來看，對一個系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀描述是很不完善的。一個宏觀狀態(tài)實際上可能對應(yīng)著非常多個微觀狀態(tài)。這些微觀狀態(tài)是粗略的宏觀描述所不能加以區(qū)別的。

熱力學(xué)系統(tǒng)的微觀態(tài)數(shù)

4個分子構(gòu)成的系統(tǒng)——容器分為體積相等的A和B微觀態(tài)：微觀上可區(qū)別一種分配方式(分子位置和速度)宏觀上：確定的只是分子數(shù)的分布和速度的分布

4個分子在A和B中共有分配方式——每一種分布對應(yīng)一種微觀態(tài)——16種微觀態(tài)對應(yīng)5種宏觀態(tài)

分子位置分配方式——微觀態(tài)——分子數(shù)目分布方式——宏觀態(tài)——一種宏觀態(tài)對應(yīng)微觀態(tài)數(shù)目ABAB

abcd0401abcd314abdcacdbbcdaabcd226cdabacbdbdacadbcbcadabcd134bcdacdabdabc0abcd041A和B中分子數(shù)相同對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多20個分子構(gòu)成的系統(tǒng)分子數(shù)目的分布方式——宏觀態(tài)——一種宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目AB

2001182190155155041191679601010184756911167960515155042181900201在A和B中共有分配方式A和B中分子數(shù)相同對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多20個、1000個和6×1023個分子系統(tǒng)：A和B中分子數(shù)相等時——微觀態(tài)數(shù)具有極大值微觀態(tài)數(shù)

與

A

中分子數(shù)的關(guān)系

熱力學(xué)概率——一個宏觀狀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)微觀態(tài)數(shù)最多的宏觀態(tài)：熱力學(xué)概率最大，系統(tǒng)進(jìn)行到最后的平衡態(tài)不同宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)不同——熱力學(xué)概率不同

1mol

氣體，N=6.23×1023，計算分子全部出現(xiàn)在A或B

的概率(微觀態(tài)數(shù)和宏觀態(tài)數(shù)都為1)

分子全部出現(xiàn)在A或B的概率觀察2N次——這個微觀態(tài)出現(xiàn)一次如果每秒觀察108次觀察年！次1年觀察05熵——數(shù)目非常巨大宏