大學(xué)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)

大學(xué)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共97頁(yè)。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(kāi)放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換5-1熱力學(xué)第一定律第二頁(yè)，共97頁(yè)。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，氣體各部分的密度，壓強(qiáng)，溫度都不完全相同。第三頁(yè)，共97頁(yè)。p－V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。第四頁(yè)，共97頁(yè)。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.第五頁(yè)，共97頁(yè)。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。第六頁(yè)，共97頁(yè)。

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p—V

圖上過(guò)程曲線p(V)下的面積。第七頁(yè)，共97頁(yè)。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)程量第八頁(yè)，共97頁(yè)。定壓摩爾熱容定容摩爾熱容第九頁(yè)，共97頁(yè)。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)?/p>

E2，則由能量守恒：Q>0，系統(tǒng)吸收熱量；Q<0,系統(tǒng)放出熱量；W>0，系統(tǒng)對(duì)外作正功；W<0,系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功；E>0，系統(tǒng)內(nèi)能增加；E<0,系統(tǒng)內(nèi)能減少。規(guī)定第十頁(yè)，共97頁(yè)。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，則熱力學(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。第十一頁(yè)，共97頁(yè)。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則定容摩爾熱容為一、四個(gè)基本過(guò)程第十二頁(yè)，共97頁(yè)。2.等壓過(guò)程p=恒量12pOV2V1V

等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來(lái)增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用來(lái)對(duì)外做功。第十三頁(yè)，共97頁(yè)。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。定壓摩爾熱容為第十四頁(yè)，共97頁(yè)。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。第十五頁(yè)，共97頁(yè)。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第十六頁(yè)，共97頁(yè)。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第十七頁(yè)，共97頁(yè)。絕熱過(guò)程的功第十八頁(yè)，共97頁(yè)。氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0，W=0，△E=0氣體溫度升高?降低?還是不變?理想氣體再次達(dá)到平衡態(tài)時(shí)溫度復(fù)原,但此過(guò)程不是等溫過(guò)程!第十九頁(yè)，共97頁(yè)。氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0，W=0，△E=0實(shí)際氣體再次達(dá)到平衡態(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)能若過(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.若過(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.第二十頁(yè)，共97頁(yè)。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。第二十一頁(yè)，共97頁(yè)。等容過(guò)程等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程第二十二頁(yè)，共97頁(yè)。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，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第二十三頁(yè)，共97頁(yè)。根據(jù)絕熱方程(2)先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V1abcd第二十四頁(yè)，共97頁(yè)。(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第二十五頁(yè)，共97頁(yè)。方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2p1p1V12V1abcd第二十六頁(yè)，共97頁(yè)。

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若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，則此循環(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)第二十七頁(yè)，共97頁(yè)。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部分Q凈轉(zhuǎn)化為有用功，另一部分Q2放回給外界。W第二十八頁(yè)，共97頁(yè)。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第二十九頁(yè)，共97頁(yè)。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。2.熱機(jī)效率熱機(jī)效率W第三十頁(yè)，共97頁(yè)。3.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?，其結(jié)果可使低溫?zé)嵩吹臏囟雀?，達(dá)到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機(jī)效能越好。W制冷機(jī)：獲得低溫的裝置。第三十一頁(yè)，共97頁(yè)。熱機(jī)效率制冷系數(shù)第三十二頁(yè)，共97頁(yè)。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)第三十三頁(yè)，共97頁(yè)。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，吸熱為零。第三十四頁(yè)，共97頁(yè)。對(duì)絕熱線23和41：第三十五頁(yè)，共97頁(yè)。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?。?）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。第三十六頁(yè)，共97頁(yè)?，F(xiàn)代熱電廠水蒸氣溫度5800C,冷凝水溫度約300C理論實(shí)際第三十七頁(yè)，共97頁(yè)。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，其能流圖如圖所示。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)第三十八頁(yè)，共97頁(yè)。制冷系數(shù)第三十九頁(yè)，共97頁(yè)。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：絕熱膨脹da：等容放熱第四十頁(yè)，共97頁(yè)。第四十一頁(yè)，共97頁(yè)。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)器第四十二頁(yè)，共97頁(yè)。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，表明電動(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。第四十三頁(yè)，共97頁(yè)。例

1mol氧氣作如圖所示的循環(huán).求循環(huán)效率.解:QpVpV000等溫abc02VQQcaabbc第四十四頁(yè)，共97頁(yè)。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)第二定律第四十五頁(yè)，共97頁(yè)。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。可逆過(guò)程是理想化的過(guò)程。第四十六頁(yè)，共97頁(yè)。開(kāi)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)第二定律的表述第四十七頁(yè)，共97頁(yè)。

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。第四十八頁(yè)，共97頁(yè)?？傊疅崃W(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是表明一切自發(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第四十九頁(yè)，共97頁(yè)。不可逆過(guò)程的初態(tài)和終態(tài)存在怎樣的差別?假設(shè)A中裝有a、b、c、d4個(gè)分子（用四種顏色標(biāo)記）。開(kāi)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)則運(yùn)動(dòng)。3.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義第五十頁(yè)，共97頁(yè)。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)

1第五十一頁(yè)，共97頁(yè)。4個(gè)粒子的分布情況,總共有16=24個(gè)微觀態(tài)。統(tǒng)計(jì)理論的一個(gè)基本假設(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。第五十二頁(yè)，共97頁(yè)。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20119015504167960184765167960155041901第五十三頁(yè)，共97頁(yè)。

若系統(tǒng)分子數(shù)為N，則總微觀態(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。第五十四頁(yè)，共97頁(yè)。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)最后所達(dá)到的平衡態(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)。第五十五頁(yè)，共97頁(yè)。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。第五十六頁(yè)，共97頁(yè)。(2)在相同的高低溫?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、卡諾定理第五十七頁(yè)，共97頁(yè)。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)第五十八頁(yè)，共97頁(yè)。

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)不論進(jìn)行什么過(guò)程，系統(tǒng)的熵不會(huì)減少，即熵增加原理。二、熵增加原理經(jīng)歷可逆過(guò)程，則W2=W1，S=0第五十九頁(yè)，共97頁(yè)。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),則第六十頁(yè)，共97頁(yè)。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)。第六十一頁(yè)，共97頁(yè)。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：△Qi1△Qi2Ti1Ti2絕熱線等溫線pV對(duì)任意可逆循環(huán)第六十二頁(yè)，共97頁(yè)。所有可逆卡諾循環(huán)加一起：分割無(wú)限小：克勞修斯等式對(duì)任意不可逆循環(huán)：克勞修斯不等式第六十三頁(yè)，共97頁(yè)。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).第六十四頁(yè)，共97頁(yè)。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：第六十五頁(yè)，共97頁(yè)。對(duì)于一個(gè)絕熱系統(tǒng)或孤立系統(tǒng)，則有：熱力學(xué)基本方程第六十六頁(yè)，共97頁(yè)。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。第六十七頁(yè)，共97頁(yè)。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第六十八頁(yè)，共97頁(yè)?？藙谛匏轨嘏c玻耳茲曼熵的等價(jià)關(guān)系設(shè)有理想氣體，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第六十九頁(yè)，共97頁(yè)。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)程第七十頁(yè)，共97頁(yè)。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。第七十一頁(yè)，共97頁(yè)。例：1mol理想氣體的狀態(tài)變化如圖所示。其中1-3為等溫線，1-4為絕熱線。試分別由下列三種過(guò)程計(jì)算氣體的熵的變化S=S3-S1:(1)1-2-3;(2)1-3;(3)1-4-3.oVp4V1V2123第七十二頁(yè)，共97頁(yè)。oVp4V1V2123第七十三頁(yè)，共97頁(yè)。例：由絕熱壁構(gòu)成的容器中間用導(dǎo)熱隔板分成兩部分，如圖所示，體積均為V，各盛1mol同種理想氣體。開(kāi)始時(shí)A部溫度為TA，B部溫度為TB(<TA)。經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間兩部分氣體達(dá)到共同的熱平衡溫度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)。第七十四頁(yè)，共97頁(yè)。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。第七十五頁(yè)，共97頁(yè)。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，則對(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)外作功第七十六頁(yè)，共97頁(yè)。

經(jīng)熱傳導(dǎo)后，有一部分能量不能用來(lái)作功，即系統(tǒng)中有部分內(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。第七十七頁(yè)，共97頁(yè)。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。第七十八頁(yè)，共97頁(yè)。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?！芰客嘶淼谄呤彭?yè)，共97頁(yè)。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。第八十頁(yè)，共97頁(yè)。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(jué)到的一切。信息熵第八十一頁(yè)，共97頁(yè)?？赡軤顟B(tài)出現(xiàn)概率信息熵(香農(nóng)熵)2.若一個(gè)事件的W個(gè)結(jié)局出現(xiàn)的機(jī)會(huì)不相等該事件信息熵的加權(quán)平均值第八十二頁(yè)，共97頁(yè)。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,則:如果給出撲克牌是一張“A”,則:信息熵信息熵第八十三頁(yè)，共97頁(yè)。如果又被告知撲克牌是一張黑桃“A”,則: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.第八十四頁(yè)，共97頁(yè)。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第八十五頁(yè)，共97頁(yè)。例:猜?lián)淇伺?知道是一張“A”開(kāi)始知道是黑桃“A”第八十六頁(yè)，共97頁(yè)。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的減少事件不確定性的減少信息量的增加信息熵是負(fù)熵第八十七頁(yè)，共97頁(yè)。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)”宇宙的發(fā)展最終走向一個(gè)除了分子熱運(yùn)動(dòng)以外沒(méi)有任何宏觀差別和宏觀運(yùn)動(dòng)的死寂狀態(tài).孤立系統(tǒng)且偏離平衡態(tài)不遠(yuǎn)第八十八頁(yè)，共97頁(yè)。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)