2020山大附中高中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)課件(熱學(xué))熵增加原理舉例(共22張PPT)

1、2020山大附中高中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)課件(熱學(xué))熵增加原理舉例(共22張PPT)2020山大附中高中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)課件(熱學(xué))熵增加原理舉例(熵增加原理舉例孤立系統(tǒng)所進(jìn)行的自然過程總是有序向無(wú)序過渡，熱力學(xué)幾率增加, 熵S= kln 增加，都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)熵的增加?；蛘哒f，在孤立系統(tǒng)發(fā)生的自然過程，總是沿著熵增加的方向進(jìn)行。熵增加原理：在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何SS0或 S0在孤立系統(tǒng)中發(fā)生不可逆過程引起了整個(gè)系統(tǒng)熵的增加不可逆過程不可逆過程S=S0或 S=0 可逆過程熵增加原理舉例孤立系統(tǒng)所進(jìn)行的自然過程總是有序向無(wú)序過渡，熱 不能將有限范圍（地球）得到的熵增原理外推到浩瀚的宇宙中去。否則會(huì)得出宇宙必

2、將死亡的“熱寂說”錯(cuò)誤結(jié)論。例：一乒乓球癟了（并不漏氣），放在熱水中浸泡，它重新鼓起來，是否是一個(gè)“從單一熱源吸熱的系統(tǒng)對(duì)外做功的過程”，這違反熱力學(xué)第二定律嗎？ 球內(nèi)氣體的溫度變了 不能將有限范圍（地球）得到的熵例：一乒乓球癟了例：理想氣體經(jīng)歷下述過程，討論E，T，S，W 和 Q 的符號(hào)。PV等溫線ab12ETWQ1 2S00+00-PVab絕熱線12ETWQ1 2S0+-+0-+-例：理想氣體經(jīng)歷下述過程，討論E，T，S，W 和 Q 例：1摩爾氣體絕熱自由膨脹，由V1 到V2 ，求熵的變化。？2DSdQTdQTQT=1210E=1E2T1T2=S T），最大輸出功是多少？解：1） 可逆卡諾

3、熱機(jī)效率最高，且這就是最大輸出功2）工作物質(zhì)Q，則熱庫(kù) -Q例：一物體熱容量 C（常數(shù)），溫度 T，環(huán)境溫度 T，要求例：1kg 0 oC的冰與恒溫?zé)釒?kù)（t=20 oC ）接觸，冰和水微觀 狀態(tài)數(shù)目比？（熔解熱=334J/g）最終熵的變化多少？解：冰融化成水水升溫，過程設(shè)計(jì)成準(zhǔn)靜態(tài)過程，即，與一系列熱庫(kù)接觸由玻耳茲曼熵公式例：1kg 0 oC的冰與恒溫?zé)釒?kù)（t=20 oC ）接觸，熱庫(kù)，設(shè)計(jì)等穩(wěn)放熱過程總熵變化例：1摩爾氣體絕熱自由膨脹，由V1 到V2 ，求熵的變化。1）由玻耳茲曼熵公式，因 （R=kNA ）2） 是否 ？設(shè)計(jì)一可逆過程來計(jì)算熱庫(kù)，設(shè)計(jì)等穩(wěn)放熱過程總熵變化例：1摩爾氣體絕熱自由

4、膨脹，由例：1mol 理想氣體裝在一個(gè)容器中，被絕熱隔板分成相等的兩 部分（體積相等，粒子數(shù)相等），但溫度分別為 T1 和 T2 ， 打開絕熱隔板，混合，達(dá)到平衡態(tài)，求熵的變化。解：1）設(shè)計(jì)一可逆過程，使氣體溫度達(dá)到平衡溫度 T，再混合相同氣體？2）利用積分得對(duì)兩部分分別計(jì)算，然后再相加，結(jié)果相同。不同氣體混合熵例：1mol 理想氣體裝在一個(gè)容器中，被絕熱隔板分成相等的兩兩邊是相同氣體，中間有無(wú)隔板，微觀狀態(tài)數(shù)不變。相同氣體混合熵不同氣體溫度、壓強(qiáng)相同被分成兩部分，后混合。S = kNlnV + const.S = kNlnV - 2 k N/2 lnV/2 = kN ln2 混合熵對(duì)一摩爾氣

5、體兩邊是相同氣體，相同氣體混合熵不同氣體溫度、壓強(qiáng)相同S = 兩個(gè)粒子相同，M+M-1+ - - - - - - +1 =2M（M+1） M22！三個(gè)粒子相同I22！I=1I=MM33 - 2！M33！ M個(gè)格兩個(gè)不同粒子任意添，M2種添法N個(gè)相同粒子，當(dāng)NMMNN！ 三個(gè)不同粒子有 M3 添法兩個(gè)粒子相同，M+M-1+ - - - - - - +1 =熱庫(kù)，設(shè)計(jì)等穩(wěn)放熱過程總熵變化例：1摩爾氣體絕熱自由膨脹，由V1 到V2 ，求熵的變化。1）由玻耳茲曼熵公式，因 （R=kNA ）2） 是否 ？設(shè)計(jì)一可逆過程來計(jì)算熱庫(kù)，設(shè)計(jì)等穩(wěn)放熱過程總熵變化例：1摩爾氣體絕熱自由膨脹，由計(jì)算熵時(shí) S = k

6、 ln 相同粒子熵 S = S不同粒子 - k ln N! S不同粒子 - k N ln N/eS = S不同粒子 - k N ln N/e + 2k N/2 ln N/2e = 0微觀狀態(tài)數(shù)目是對(duì)于 N 個(gè)粒子全同情況計(jì)算熵時(shí) S = k ln 相同粒子熵 S = 例：N個(gè)原子的單原子理想氣體，裝在體積 V 內(nèi)，溫度為 T 的微觀狀態(tài)數(shù)目 是多少？解：利用積分得或例： 在汽油機(jī)中，混入少量汽油的空氣所組成的氣體被送入 汽缸內(nèi)，然后氣體經(jīng)歷循環(huán)過程。這個(gè)過程可以近似地 用以下各步表示，氣體先被壓縮，氣體爆炸，膨脹做功， 最后排氣，完成循環(huán)。求該熱機(jī)的效率。解：設(shè)想一個(gè)比較接近的可逆循環(huán)過程全同

7、粒子？例：N個(gè)原子的單原子理想氣體，裝在體積 V 內(nèi)，溫度為 TPVabcdV1V2Q2Q1計(jì)算 Q1同理由絕熱過程只決定于體積壓縮比，若壓縮比 7，=1.4 ，則 =55%，實(shí)際只有25%。PVabcdV1V2Q2Q1計(jì)算 Q1同理由絕熱過程只決定于4.9 溫熵圖dW=PdV，P-V 圖上曲線下面積為做的功； 熵是狀態(tài)量，又dQ=TdS，T-S 圖上曲線下面積為吸的熱。TSQTSQ=WTSQ=WT1T2可逆卡諾循環(huán)效率都相同，4.9 溫熵圖dW=PdV，P-V 圖上曲線下面積為做的功；4.10 熵和能量退化前例，物體溫度 T，環(huán)境溫度 T，可利用的熱 C（T- T），但最大功只有不可逆過程在能量利用的后果是使一定的能量 Ed 從能做功的形式變?yōu)椴荒茏龉Φ男问?，即，成了退化的能量?） 機(jī)械功全部變熱能，高溫?zé)釒?kù)溫度 T 變?yōu)?T+dT利用低溫?zé)釒?kù) T，熱機(jī)做功退化的能量4.10 熵和能量退化前例，物體溫度 T，環(huán)境溫度 T，可從而有2） TA 和TB 傳遞熱量 dQ3）理想氣體溫度 T ， 由V1 到V2 ，絕熱自由膨脹與熱庫(kù)接觸，等溫膨脹絕熱自由膨脹不做功，利用低溫