2022-2023学年高二物理竞赛课件：宏观热力学

1 宏观热力学 2 热力学第二定律内涵: 表达热力学不可逆过程进行方向的经验定律。 克氏表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化. 开氏表述:不可能从单一热源吸热使之完全变有用的功而不引起其它变化. 开氏说法也可表述为:第二类永动机(从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不产生其它影响的机器)是不可能造成的. 热力学第二定律的两个表述是等价的。 3 两个表述的说明: 1.都强调了“不引起其它变化”的前提条件。在存在其它变化的情形下,从单一热源吸取热量并将之全部转化为机械功或者将热量从低温物体传送到高温物体都是可以实现的。 2.在两个表述所说的“不可能”, 是指不论用任何曲折复杂的方法,在全不过程终了时, 其最终的唯一效果是从单一热源吸热而将之完全变成有用的功, 或将热量从低温物体传送到高温物体是不可能的。 4 热力学第二定律的实质在于指出一切与热现象有关的实际过程都有其自发进行的方向，是不可逆的。 一个过程是否可逆，实际上是由初态和终态的相互关系所决定的。 利用状态函数—熵在初态和终态的数值可以判断过程的性质和方向。 5 三、卡诺定理及其热力学温标 卡诺定理：所有工作于两个一定温度之间的热机，可逆机的效率最高。 推论：所有工作于两个一定温度之间的可逆热机，其效率相等。 可逆热机的效率只可能与两个热源的温度有关，而与工作物质的性质无关。 6 热力学温标：开尔文引进的一种绝对温标，它不依赖于任何具体物质的特性。两个温标的比值是通过在这两个温度之间工作的可逆热机与热源交换的热量比值来定义。 规定：水的三相点温度为273.16K。 7 当可逆热机工作于两个一定的温度之间时，低温热源的温度愈低，传给它的热量就愈少。绝对零度是一个极限温度，当低温热源的温度趋于这个极限温度时，传给低温热源的热量趋于零。 热力学温标和理想气体温标是一致的。 应用热力学温标，可逆卡诺热机的效率可以表示为： 开系情形（ ΔN ‡０） 　　设系统有固定的体积，即ΔV=0 ，则可得到 若选择 T 和 N 作为状态参量，则可用相同的方法导出 若选择 S 和 μ 作为状态参量，则可导出 　　最后指出，尽管热力学量的涨落和各相关矩由系统的宏观条件决定，与状态参量的选择无关，但计算却有繁简之别．选择状态参量的原则是：当要求某热力学量的均方涨落和该量的相关矩时，应取该量以及与它统计独立的非共轭量为状态参量． 　　利用前面的涨落理论可解释光的散射现象．当光线　射入气体或液体时，部分光线由于受到散射而偏离入射光线原来行进的方向，从而减弱了入射光的强度．这种光的散射现象可由两种原因引起：一种是光受到悬浮在气体或液体中的杂质或尘埃的影响，发生散射，这种散射称为丁铎尔现象；另一种是对于纯净的透明的气体或液体介质，虽然没有杂质，但光还是会发生散射，这种散射是由于密度涨落引起的，称为Rayleigh散射，或分子散射． 12 熵增加原理的一个重要应用是对绝热或者孤立系统中所发生的过程进行分析。孤立系的熵永不减少，孤立系中所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行的。 统计物理学的观点看，熵是系统中微观粒子无规则运动的混乱程度的量度。 统计意义是，孤立系统中发生的不可逆过程总是朝着混乱度增加的方向进行的。 13 1. 不同的系统在同样的过程是否有同样的热容量？ 2. 同一系统在不同的过程是否有不同的热容量？ 3. 热响应函数-热容C 是不是状态函数? 4. Cp、CV、摩尔Cp,m 和摩尔Cv,m 是否是状态函数？哪个具有广延性质？哪个具有强度性质？ $