【正文】 象的微觀本質(zhì)是分子定向動量的遷移。 第 10章 氣體動理論 167。 108 氣體內(nèi)的輸運過程 二、熱傳導(dǎo) z T+dT T z0+dz z0 tSZTQzddddd0???????? ?傅立葉熱傳導(dǎo)定律： Vc??? v31?熱導(dǎo)率： 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子熱運動能量的定向遷移。 結(jié)論： 第 10章 氣體動理論 167。 108 氣體內(nèi)的輸運過程 三、擴散現(xiàn)象 z0+dz z0 z ? +d? ? tSZDMzddddd0???????? ?菲克擴散定律： 擴散系數(shù)： ?v31?D氣體擴散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是質(zhì)量的定向遷移。 結(jié)論： 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 1. 花瓶摔碎了，卻不能完全復(fù)原。 這些現(xiàn)象中有共性嗎？ 2. 封閉容器中原被限制在某一局部的氣體分子一旦限制取消，分子將自由地充滿整個容器，但卻不能自發(fā)地再回縮到某個局部。 3. 生米煮成熟飯，熟飯卻不能涼干成生米。 4. 高溫物可自動將熱傳遞給低溫物 , 反之則不能 5. 摩擦可將作功變成熱 , 而這熱卻不再變回功 . 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 能量守恒，為什么會有能源危機？ 環(huán)境保護的意義？ 20世紀十大科技發(fā)明之首： 拉鏈 大規(guī)模推廣應(yīng)用不會引起熵增大！(甚至于無噪音 ) 熵的微觀機理 ? 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 一、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義 熱力學(xué)概率 設(shè)在容器中有 3 個分子 4 個宏觀態(tài) 3 A 3 B A B 1 2 3 2 A ， 1 B 1 A ， 2 B 每個宏觀態(tài)所包含的微觀態(tài)的數(shù)目 2 1 3 3 2 1 1 2 3 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 2 1 3 1 1 3 3 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 2 1 3 3 2 1 1 2 3 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 2 1 3 81 818383每個微觀態(tài)出現(xiàn)的概率相同 (等概率原理 ): 包含微觀態(tài)越多的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率越大 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 N 個分子全部集中在 A 室中的概率為 NW 21?1 mol 氣體的所有全部集中在 A 室中的概率趨于 0 熱力學(xué)概率 —— 宏觀態(tài)中包含的微觀態(tài)的數(shù)目稱為該狀態(tài)的熱力學(xué)概率 Ω 宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率 W = 每個微觀態(tài)出現(xiàn)的概率 熱力學(xué)概率 ΩA B 1 2 3 3個分子全部集中在 A 室中的概率為 81第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義 孤立系統(tǒng)中，自發(fā)進行的過程是不可逆的， 總是沿著系統(tǒng)熱力學(xué)概率 (無序性 )增加的方向進行， 也就是由包含微觀態(tài)數(shù)目小的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)多的宏觀態(tài)的方向進行。 熱力學(xué)概率越大，該宏觀態(tài)所包含的微觀態(tài)數(shù)目越多，確定系統(tǒng)的微觀態(tài)越困難，系統(tǒng)無序性越高。 ? 無序性減小的狀態(tài)不是絕對不可能發(fā)生，而是發(fā)生的可能性趨于零。 ? 熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，對大量粒子體系才有意義，對只含少數(shù)分子的系統(tǒng)不適用。 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 二、玻耳茲曼熵公式 ?? lnkS* 熵是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)。 * 熵是系統(tǒng)無序性的量度。 * 熵是系統(tǒng)接近平衡態(tài)程度的一種量度。 平衡態(tài) —— 差別消失，無序性最大，最概然狀態(tài)。 熵的增量與過程無關(guān)。 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 三、熵增加原理 孤立系統(tǒng)中自然發(fā)生的熱力學(xué)過程總是向著熵增加的方向進行。 0d ?S注意熵增加的條件：孤立系統(tǒng)，自發(fā)過程。 等于號對應(yīng)可逆過程。 意義 ? 是統(tǒng)計規(guī)律 ：熵減小的過程不是絕對不可能發(fā)生， 而是在大量粒子組成的群體中出現(xiàn)的概率太小。 ? 是普遍規(guī)律： 任何事物如果任其發(fā)展，其混亂程 度一定有增無減。 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 四、克勞修斯熵公式 ???2112dTQSS 可逆???2112dTQSS 不可逆* 熵是態(tài)函數(shù)，熵變與過程無關(guān)。 可在初態(tài)與末態(tài)之間設(shè)計任一可逆過程來計算熵變。 * 對于孤立系統(tǒng)， dQ = 0 ，有 0d ?S第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 T1 A T2 B dQ T1 T2 物體 A的熵變 1AddTQS ??物體 B的熵變 2BddTQS ?孤立系統(tǒng)的總熵變 12dddTQTQS ?? 0?孤立系統(tǒng) 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 例 1010: 設(shè) 1 mol 理想氣體作絕熱的自由膨脹，初態(tài)體積為 V1 ，終態(tài)體積為 V2 ，求系統(tǒng)的熵變。 V2 V1 解 : 設(shè)想氣體的膨脹在可逆的等溫過程下進行 VpQ dd ?TVpTQS ddd ??2121d lnVVVVS R RVV? ? ??RTpV ??第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 一定量的理想氣體向真空作絕熱自由膨脹，體積由 V增至為 2V，在此過程中氣體的： (A) 內(nèi)能不變，熵增加 (B) 內(nèi)能不變，熵減少 (C) 內(nèi)能不變，熵不變 (D) 內(nèi)能增加，熵增加 例 1011: [ A ] 思考 : 結(jié)冰過程和化冰過程都是熵增加嗎 ? 第 10章 氣體動理論 第 10章 氣體動理論 167。 109 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵 ?阿伏伽德羅引入的 “ 分子 ” 概念 ?克勞修斯提出了理想氣體分子運動模型、引進統(tǒng)計概念推導(dǎo)理想氣體壓強公式 ?麥克斯韋于發(fā)現(xiàn)分子熱運動的無規(guī)性，導(dǎo)出了麥克斯韋速率分布律 ?玻耳茲曼得到粒子按能量的分布規(guī)律 ——玻耳茲曼分布律 從 氣體動理論 出發(fā) 至此，氣體動理論已能解釋當(dāng)時在氣象、化學(xué)、物理學(xué)領(lǐng)域的研究中所發(fā)現(xiàn)的與氣體運動有關(guān)的種種現(xiàn)象。