高二物理競賽熵與熵增加原理 課件

熱力學(xué)第二定律無論是利用兩種表述，還是利用四種不可逆因素來判別可逆與不可逆都有很多局限性。

聯(lián)想到第一定律是因為找到了態(tài)函數(shù)內(nèi)能，建立了第一定律數(shù)學(xué)表達式才能成功地解決很多實際問題。

與此類似，若要方便地判斷可逆與不可逆，要更進一步揭示不可逆性的本質(zhì)，也應(yīng)找到一個與可逆,不可逆性相聯(lián)系的態(tài)函數(shù)——熵，熵與熵增加原理

不可逆可逆

——熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達式討論：即在孤立系統(tǒng)中，不可逆過程的熵不可能減少，即總是沿熵增加方向進行(2)對于一個孤立系統(tǒng)：dQ=0——熵增加原理(1)對任一微小的不可逆過程有

說明(1)熵值具有可加性，系統(tǒng)的熵等于系統(tǒng)內(nèi)各部分熵之和(2)熵增加原理是對孤立系統(tǒng)而言，非孤立系統(tǒng)熵值可以不增加，也可減少。(3)在孤立系統(tǒng)內(nèi)部，個別物體的熵值可以增加、不變或減少例如，不把熱源包括在內(nèi)的理想氣體可逆放熱過程，其熵值減少。理想氣體在等溫壓縮至V/2時的熵變？？

熱力學(xué)雖然具有普適性與可靠性，但也有它的局限性。

就第二定律而言，它只能說明自然界中任何宏觀系統(tǒng)必遵從這一有關(guān)可逆與不可逆性的基本規(guī)律。關(guān)于熵，它只能作出dS=dQ/T的定義，

要解釋熵的物理意義，解釋為什么在不可逆絕熱過程中熵總是增加的，解釋為什么一切與熱相聯(lián)系的一切宏觀過程都是不可逆的

需采用統(tǒng)計物理及分子動理論的方法去探討過程不可逆性的本質(zhì)及熵的本質(zhì)。熱二定律的微觀意義1.宏觀態(tài)與微觀態(tài)微觀態(tài)宏觀態(tài)A3B0A2B1A1B2A0B3ABabc0ab,ac,bcc,b,aa,b,cbc,ac,ab0abc宏觀態(tài)中包含的微觀數(shù)1331

四個粒子有結(jié)果：系統(tǒng)越趨于平衡態(tài)，對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)越多微觀上，孤立系統(tǒng)中一切自發(fā)或不可逆過程總是向無序性增大方向進行——熵增加原理的物理意義熱二定律的微觀意義功熱轉(zhuǎn)換：實際過程機械能內(nèi)能熱傳導(dǎo)：高低可別相同(不可區(qū)別)熱運動動能傳遞混亂氣體自由膨脹：相對有序無序即一切實際過程總是沿?zé)o序性增大的方向進行——熱力學(xué)第二定律的微觀意義無序有兩種，一種是靜止粒子的空間分布的無序；另一種是運動粒子的無序性。

顯然，對于熱運動來說，熱運動越劇烈，即溫度越高，就越是無序-----熵增加

粒子的空間分布越是處處均勻，分散得越開(即粒子數(shù)密度越小)的系統(tǒng)越是無序；粒子空間分布越是不均勻、越是集中在某一很小區(qū)域內(nèi)，則越是有序。注意：有序并非整齊。氣體分子均勻分布于容器中是整齊的，但它卻是最無序的。相反，氣體分子都集中于容器的某一角落中而變化為液體，對于整個容器來說這并不整齊，卻是較有序的。

熱力學(xué)概率與熵——玻爾茲曼關(guān)系k為玻爾茲曼常數(shù)熱力學(xué)概率(宏觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率)：任一給定的宏觀態(tài)相對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)玻耳茲曼用統(tǒng)計物理證明了表示微觀粒子無序度的熱力學(xué)概率和系統(tǒng)的熵之間有如下關(guān)系熵是態(tài)函數(shù)熵有可加性熵是系統(tǒng)無序性的量度熵的幾個重要性質(zhì)ksWln熵是態(tài)函數(shù)熵是態(tài)函數(shù)，其變化只與系統(tǒng)宏觀態(tài)的變化有關(guān)，與具體過程無關(guān)。sW由系統(tǒng)的宏觀態(tài)決定，故因熵具有可加性兩獨立事件出現(xiàn)的總概率是這兩個事件概率的乘積。因此，若一個系統(tǒng)