十二章和十三章物理总结公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三,、,卡诺定理,卡诺定理定量地给出了热机效率程度。,（1）一切工作在两个相同热源间可逆热机效率相同，都等于,可逆,=1-T,2,/T,1,，而无论用什么工作物质，也无论是否卡诺循环；,（2）一切工作在两个相同热源间不可逆热机效率不也许高于（事实上是小于）可逆热机效率，即,不可逆,可逆,=1-T,2,/T,1,。,（证实略）,1,=,Q,2,Q,1,第1页,第1页,一热机每秒从高温热源(T1=600K)吸取热量Q1=3.34104J，作功后向低温热(T2=300K)放出热量Q2=2.09104J。,（1）问它效率是多少？它是不是可逆机？,（2）假如尽也许地提升了热机效率，问每秒从高温热源吸热3.34104J，则每秒最多能作多少功？,解：,(1),1,h,=,Q,2,Q,1,1,=,2.09,10,4,3.34,10,4,=37%,300,=,600,=50%,1,1,h,=,T,2,T,1,卡,=0.5,3.34,10,4,=1.67,10,4,J,=,A,Q,1,h,卡,(2),（不是可逆机）,第2页,第2页,两部可逆机串联起来，如图所表示，可逆机 1 工作于温度为,T,1,热源 1 与温度为,T,2,=400K,热源 2之间。可逆机 2吸入可逆机 1 放给热源 2热量,Q,2,，转而放热给,T,3,=300K,热源 3。在,(1),两部热机效率相等，,(2),两部热机作功相等情况下求,T,1,。,T,1,Q,1,Q,2,T,3,T,2,T,1,T,3,T,2,Q,2,Q,2,热源1,热源2,热源3,400,(,),300,533K,2,=,=,解：,(1),1,h,=,T,2,T,1,1,=,T,3,T,2,=,T,1,T,2,T,3,2,=2,400-300=500K,T,1,=2,T,2,-,T,3,A,=,Q,1,-,Q,2,=,Q,2,-,Q,3,(2),T,1,-,T,2,=,T,2,-,T,3,A,A,第3页,第3页,初始状态,摇动后,几率,很小,一、第二定律统计意义13-8,第二定律统计意义,热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向不可逆性，这一结论能够从微观角度出发，从统计意义上来进行解释。,几率大,7-10 第二定律统计意义,第4页,第4页,假设可逆，即气体分子能够自动地所有回到A端，B端无分子，这种也许性有多大？,A,B,N=1,N=2,几率为 1/4=1/2,2,几率为1/2,以气体自由膨胀为例，,第5页,第5页,气体自由膨胀不可逆性能够用几率来阐明。,A,B,隔,板,开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板被抽出后，4分子在容器中可能分布情形以下图所表示：,一个被隔板分为A、B相等两部分容器，装有4个涂以不同颜色分子。,下页,共有2,4,=16种也许方式，并且4个分子所有退回到A部也许性即几率为1/2,4,=1/16。可认4个分子自由膨胀是“可逆”。,普通来说，若有N个分子，则共2,N,种也许方式，而N个分子所有退回到A部几率为1/2,N,。对于真实抱负气体系统N,10,23,/mol，这些分子,所有退回到A部几率为：,很小，趋于零。,第6页,第6页,分布,（宏观态）,详细分布,（微观态）,1,4,6,4,1,上页,下页,第7页,第7页,从以上阐明可知：不可逆过程实质上是 一个从几率较,小,状态到几率较,大,状态 改变过程。,对,单个,分子或少许分子来说，它们扩散到B部过程原则上是可逆。但对,大量,分子构成宏观系统来说，它们向B部自由膨胀宏观过程事实上是不可逆。这就是宏观过程不可逆性在微观上统计解释。,左边一列各种分布仅指出A、B两边各有几种分子，代表是系统也许,宏观态,。中间各列是详细分布，详细指明了这个或那个分子各处于A或B哪一边，代表是系统任意一个,微观态,。,4个分子在容器中分布对应5种宏观态。一个宏观态对应若干种微观态。不同宏观态对应微观态数不同。均匀分布对应微观态数最多。全部退回A边仅对应一个微观态。各种宏观态不是等几率。哪种宏观态包含微观态数多，这种宏观态出现可能性就大。,上页,第8页,第8页,定义,热力学几率,：与同一宏观态相应微观态数称为热力学几率。记为在上例中，均匀分布这种宏观态，相应微观态最多，热力学几率最大，实际观测到也许性或几率最大。对于10,23,个分子构成宏观系统来说，均匀分布这种宏观态热力学几率与各种也许宏观态热力学几率总和相比，此比值几乎或事实上为100%。,因此，实际观测到总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到,平衡态,。,上页,下页,统计物理基本假定-,等几率原理,：对于孤立系，各种微观态出现也许性（或几率）是相等。,平衡态相应于一定宏观条件下,最大状态。,第9页,第9页,1、,能量从高温热源传给低温热源几率要比反向传递,几率大得多。,2、,宏观物体有规则机械运动（作功）转变为分子无规则,热运动几率要比反向转变几率大得多,热力学第二定律统计表述：,孤立系统内部所发生过程总是从包括微观态数少宏观态向包括微观态数多宏观态过渡,从热力学几率小状态向热力学几率大状态过渡。,热力学第二定律统计意义：一切实际过程都向着状态几率增大方向进行（熵增长原理）。,不可逆过程实质上是一个从几率较小状态到几率较大状态转变过程，只有在可逆过程中，几率才保持不变。,第10页,第10页,.从统计意义来解释：,不可逆过程实质上是一个_,转变过程；一切过程都向着 _方向进行。,从几率较小状态到几率较大状态,状态几率增大,在一个孤立系统内，一切实际过程都向着（,方向进行，这就是热力学第二定律统计意义。,从宏观上说，一切与热现象相关实际过程都是（）。,状态几率增大）,不可逆,第11页,第11页,熵微观意义和玻尔兹曼公式:,宏观热力学指出：孤立系统内部所发生过程总是朝着熵增长方向进行。,与热力学第二定律统计表述相比较,熵与热力学几率相关,玻尔兹曼建,立了此关系,玻尔兹曼公式：,S=k ln,(k为玻尔兹曼常数）,熵微观意义：,系统内分子热运动,无序性一个量度。,越大，微观态数就越多，系统就越混乱越无序。,上页,下页,第12页,第12页,熵单位：和K 相同,熵是状态函数：相应一定状态，系统熵值一定，,当状态改变时，系统熵值普通也随之改变。,熵增原理：,熵变（S）系统两状态熵差值,S只决定于两状态熵，而与状态间经历过程无关,若在一孤立系统内，状态热力学几率1，状态,热力学几率2，且2 1,则由热力学第二定律可,知：过程只能由 态向态进行。,这样，熵变S=Kln 2-Kln 1=Kln(2/1)0,即孤立系统内，实际发生过程，总是向着熵增,加方向进行。,第13页,第13页,2.合用范围,热力学第二定律适合用于宏观孤立系统。,为何说所谓“热寂”状态不会出现？,所谓孤立系统不能无限地推广到整个宇宙，热力学,第二定律是建立在有限时间和空间现象观测,上，“孤立系统”并不是完全没有“外界”，因此说,“热寂说”是错误。,“热寂说”即将全宇宙看做一“孤立系统”，因而,认为整个宇宙将达到温度均衡而形成不再有热传递,所谓“热寂”状态，一切改变将停止，从而宇宙,也将死亡。,“热寂说”违反宇宙无限发展辩证唯物观。,热力学第二定律适合用于大量分子构成系统。,第14页,第14页,第十二、三章总结,1.抱负气体状态方程,2.抱负气体压强公式,3.气体分子平均平动动能,4.气体分子平均动能（能量）按自由度均分原理,在平衡状态下，气体分子任何一个运动形式每一个,自由度都含有相同平均动能，大小等于,第15页,第15页,6.刚性抱负气体内能,5.一个刚性气体分子平均能量,第16页,第16页,11.Maxwell分子速率分布函数,第17页,第17页,12.最可几速率,15.平均碰撞次数和平均自由程,第18页,第18页,16.热力学第一定律,17.气体摩尔热容,定容摩尔热容,定压摩尔热容,18.热容比,19,.等容过程,（dV=0）,A=0,第19页,第19页,20,.等温过程,（dT=0),E=0,21.,等压过程,（dp=0）,A=p（V,2,-,V,1,）=,R（T,2,-T,1,）,22.绝热过程（dQ=0）,Q=0,23.绝热方程,第20页,第20页,一定质量工质在一次循环过程中要从高温热源吸热,Q,1,，又向低温热源放出热量,Q,2,(Q,2,0),，整个循环过程中对外作净功,A,，而工质回到初态，内能不变。,定义热机效率,24.,正循环特性,25.逆循环特性,工质把从低温热源吸取热量和外界对它所作功以热量形式传给高温热源，其结果可使低温热源温度更低，达到制冷目的。,定义制冷机制冷系数,第21页,第21页,27.卡诺热机效率,在循环中，抱负气体仅与两个恒温热源接触，因此循环过程由,4,个准静态过程两个等温、两个绝热过程构成。,28.卡诺制冷机制冷系数,26.,卡诺循环,29.,热力学第二定律开尔文表述,不也许从单一热源吸取热量完全变为有用功而不产生其它效应。,30.,热力学第二定律,克劳修斯表述,不也许把热量从低温物体传到高温物体而不产生其它效应。,第22页,第22页,指明了自然界过程进行方向及程度。,32.可逆过程和不可逆过程,系统由A态出发，经一过程到达B态，若存在另一过程，使系统和外界复原，则称原过程是可逆过程不然，为不可逆过程。,31.热力学第二定律作用,阐明一切与热现象相关宏观过程都是不可逆。,34.卡诺定理,（1）一切工作在两个相同热源间可逆热机效率相同，都等于,可逆,=1-T,2,/T,1,，而无论用什么工作物质，也无论是否卡诺循环；,33.热力学第二定律本质,第23页,第23页,（2）一切工作在两个相同热源间不可逆热机效率不也许高于（事实上是小于）可逆热机效率，即,不可逆,可逆,=1-T,2,/T,1,。,一切实际过程都向着状态几率增大方向进行（熵增长原理）。,不可逆过程实质上是一个从几率较小状态到几率较大状态转变过程，只有在可逆过程中，几率才保持不变。,35.热力学第二定律统计意义,36.不可逆过程实质,37.热力学第二定律合用范围,适合用于宏观孤立系统,第24页,第24页,例1：设高温热源温度是低温热源温度 n 倍，则抱负气体在,一次卡诺循环中交给低温热源热量是从高温热源得到,热量,例2：有两个相同容器，体积不变，各盛有He、H,2,，它们,P、T 相同，现将 5J 热量传给H,2,使H,2,温度升高，若要,使 He 也升高同一温度，则应向 He 传递热量,第25页,第25页,.从统计意义来解释：,不可逆过程实质上是一个_,转变过程；一切过程都向着 _方向进行。,从几率较小状态到几率较大状态,状态几率增大,第26页,第26页,在一个孤立系统内，一切实际过程都向着（,方向进行，这就是热力学第二定律统计意义。,从宏观上说，一切与热现象相关实际过程都是（）。,状态几率增大）,不可逆,第27页,第27页,循环效,循环,C,:,:,:,:,5,Q,Q,D,Q,Q,C,Q,Q,B,Q,Q,A,Q,Q,a,d,c,b,a,abcda,h,h,h,h,h,h,h,h,h,h,A=A,则（),从高温热源吸热,率为,，从高温热源吸热,设循环效率为,等，,已知两低温热源温度相,）,）和（,（,了如图所表示两个卡诺,：某抱负气体分别进行,例,P,V,o,b,a,d,c,P,V,o,b,a,d,c,第28页,第28页,违反热力学第二定律。,为什麽两条等温线不能相交？,P,V,0,A(PTV),为什麽等温线、绝热线只可相交一次？,为什麽两条绝热线不能相交？,P,V,0,1,2,P,V,0,1,2,证：因斜率不同，因此必定相交,但只交一次。用反证法。设相交两次,必有如图1、2两个交点，则由一个热,源就形成了一个循环，违反开尔文叙,述，因此该假设不成立，得证。,第29页,第29页,下列图中，哪一循环也许实现?,P,V,0,V,2,1,3,(a),P,V,0,2,1,3,(d),P,V,0,V,1,2,3,(b),P,V,0,P,2,1,3,(c),(b),第30页,第30页,