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物理化学电子教案—第二章
热力学第二定律
不可能把热从低温
物体传到高温物体,
而不引起其它变化
内蒙古化工职业学院
主
讲:姚 志 光
物理化学电子教案—第二章
2.1
熵的概念
2.2热力学第二定律
2.3热力学第二定律的本质和熵增加原理
2.1 熵
 玻耳兹曼
(L.Boltzmann,1844—1906 )
奥地利物理学家,在统计物理
学方面作出了开创性的工作,
是分子运动论和统计力学的奠
基人。以他的名字命名的玻耳
兹曼常数、玻耳兹曼分布律等
都是统计力学的重要概念和定
律,对熵做出了统计学定义。
2.1 熵
克劳修斯(1822--1888)
1865年克劳修斯用宏观
分析方法,为定量表述
热力学第二定律,首先
引入了状态函数熵(S)
的概念
2.1 熵
 开尔文( 1824--1907)
十九世纪英国最伟大的物理
学家之一。他曾在格拉斯哥及
剑桥大学求学, 同时在巴黎大学
Regnault的实验室中工作。1851
年在研究卡诺循环的基础上提
出第二定律的著名叙述, 创立热
力学温标, 1858年发表《能的递
降学说》。1866年他主持装设
了第一条越洋海底电缆。
2.1 熵
2.1 熵
最规则状态
最不规则状态
2.1 熵
2.1 熵
2.1 熵
2.1 熵
a)孤立系统自发变化的方向是由几率小到几率大的状
态
b)孤立系统自发变化大方向是由有序到无序
c)孤立系统的熵不减少
S=K㏒W
K:玻尔兹曼常数
W:某宏观态对应的微观态
w∝p
S=K㏒P
K:玻尔兹曼常数
W:某宏观态出现的几率
2.1 熵
Clausius根据可逆过程的热温商值决定于始终态而
与可逆过程无关这一事实定义了“熵”(entropy)
1
这个函数,用符号“S”表示,单位为:
JK
SB  SA  S 
或
S 
(
i
对微小变化

Qi
Ti
B
(
Q
T
A
S 
)R
dS  (
)R
Q
T
(
i
Qi
Ti
)R  0
)R
这几个熵变的计算式习惯上称为熵的定义式,
即熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量。
2.2 热力学第二定律的经典表述
克劳修斯(Clausius)的说法:“不可能把热从低
温物体传到高温物体,而不引起其它变化。”
开尔文(Kelvin)的说法:“不可能从单一热源取出
热使之完全变为功,而不发生其它的变化。” 后来
被奥斯特瓦德(Ostward)表述为:“第二类永动机是
不可能造成的”。
第二类永动机:从单一热源吸热使
之完全变为功而不留下任何影响。
2.3热力学第二定律的本质和熵增加原理
热与功转换的不可逆性
热是分子混乱运动的一种表现,而功是分子
有序运动的结果。
功转变成热是从规则运动转化为不规则运动,
混乱度增加,是自发的过程;
而要将无序运动的热转化为有序运动的功就
不可能自动发生。
2.3热力学第二定律的本质和熵增加原理
气体混合过程的不可逆性
将N2和O2放在一盒内隔板的两边,抽去隔板,
N2和O2自动混合,直至平衡。
这是混乱度增加的过程,也是熵增加的过程,
是自发的过程,其逆过程决不会自动发生。
2.3热力学第二定律的本质和熵增加原理
热传导过程的不可逆性
处于高温时的体系,分布在高能级上的分子
数较集中;
而处于低温时的体系,分子较多地集中在低
能级上。
当热从高温物体传入低温物体时,两物体各
能级上分布的分子数都将改变,总的分子分布的
花样数增加,是一个自发过程,而逆过程不可能
自动发生。
2.3热力学第二定律的本质和熵增加原理
热力学第二定律指出,凡是自发的过程都是
不可逆的,而一切不可逆过程都可以归结为热转
换为功的不可逆性。
从以上几个不可逆过程的例子可以看出,一
切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行,而
熵函数可以作为体系混乱度的一种量度,这就是
热力学第二定律所阐明的不可逆过程的本质。
物理化学电子教案—第二章
热力学第二定律
的深入思考
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