第二章 热力学第二定律,熵
第二章 热力学第二定律，熵
1可逆过程与不可逆过程 热力学第一定律能量转化和守恒定律) 告诉我们 体系+外界的总能量在过程中是不变的 没有告诉我们: 实际过程是否有方向?如果有,朝哪个 方向?
1 可逆过程与不可逆过程 热力学第一定律(能量转化和守恒定律) 告诉我们: 体系+外界 的总能量在过程中是不变的 没有告诉我们: 实际过程是否有方向？如果有，朝哪个 方向？
11实际过程 实际过程有方向么? 几个例子 (1)生命过程 (2) 3) 过程 (4 (5) T) 这些实 不可(7 (T1>T 20岁林 0岁耐林震
1.1 实际过程 实际过程有方向么？ 几个例子： (1) 生命过程 (2) 鸡蛋摔碎过程 (3) 功转化为热的过程 (4) 扩散过程 (5) 热传导过程 这些实际过程，都是不可逆的
实际过程不可逆的含义 状态演化不可逆 如果一个过程发生后,无论用任何曲折复杂的方法都不可能 把它的后果完全消除 (a)等待时间方面 (1) B AB 圖 (1)至(2)可能要1min (2)至(3)若可能则需要无穷长时间 (b)概率方面 (3)的概率为(1/2)^N,N很大时概率趋于0
实际过程不可逆的含义 • 状态演化不可逆 如果一个过程发生后，无论用任何曲折复杂的方法都不可能 把它的后果完全消除 (a) 等待时间方面 (1)至(2)可能要1min (2)至(3)若可能则需要无穷长时间 (b)概率方面 (3)的概率为(1/2)^N，N很大时概率趋于0
时间反演不对称 (a)微观规律的时间反演对称性 牛顿定律 F=m 薛定谔方程: ih y(r, t)=HY(, t) (t,v)换成(t,-)后方程不变 即若小球在光滑平面能从A滚动到B(速度v) 那么小球必然能从B(速度-)花同样长时间滚动到A
• 时间反演不对称 (a)微观规律的时间反演对称性 牛顿定律： 薛定谔方程： (t, v) 换成 (-t, -v) 后方程不变 即若小球在光滑平面能从A滚动到B(速度v) 那么小球必然能从B (速度-v)花同样长时间滚动到A 2 2 d x F m dt = i r t H r t ( , , ) ( ) t =
时间反演不对称 (b)实际过程的时间反演不对称 同样考虑下面的过程 B A油 若将(2)中粒子的速度同时反号,能回到(1)么? 不能!速度分布不变,继续处于(2)
• 时间反演不对称 (b) 实际过程的时间反演不对称 同样考虑下面的过程 若将(2)中粒子的速度同时反号，能回到(1)么？ 不能！速度分布不变，继续处于(2)
热力学过程不满足时间反演对称性不是在 数学上严格地从微观力学规律推导出来的 热力学平衡态能否达到与热力学过程是否 满足时间反演对称性有密切关系 如何统一地理解宏观过程的时间反演不对 称和微观力学规律的时间反演对称性,还 存在争论
• 热力学过程不满足时间反演对称性不是在 数学上严格地从微观力学规律推导出来的 • 热力学平衡态能否达到与热力学过程是否 满足时间反演对称性有密切关系 • 如何统一地理解宏观过程的时间反演不对 称和微观力学规律的时间反演对称性，还 存在争论
12定义 可逆过程 如果一个过程引起的后果,可以采取一定的措 施完全消除而不引起系统及外界的任何变化,这 个过程称为可逆过程 不可逆过程: 如果一个过程发生后,无论用任何曲折复杂的 方法都不可能把它的后果完全消除,称为不可逆 过程
1.2 定义 可逆过程： 如果一个过程引起的后果，可以采取一定的措 施完全消除而不引起系统及外界的任何变化，这 个过程称为可逆过程。 不可逆过程： 如果一个过程发生后，无论用任何曲折复杂的 方法都不可能把它的后果完全消除，称为不可逆 过程
可逆过程的例子:无摩擦的准静态过程 切与热运动相关的过程都是不可逆的。更进 步地说,一切实际过程都是不可逆! 为什么呢? 因为准静态过程是一个理想过程,在现实中是不 可能实现的! (a),准静态过程是受迫过程,不是自发的。准静 态过程要求每一时刻都是平衡态,如果没有外界 的作用,这是不可能。 (b),完全无摩擦实际上不可能的。 (c),“无限缓慢”实际上不可能的
可逆过程的例子：无摩擦的准静态过程！ 一切与热运动相关的过程都是不可逆的。更进一 步地说，一切实际过程都是不可逆！ 为什么呢？ 因为准静态过程是一个理想过程，在现实中是不 可能实现的！ (a)，准静态过程是受迫过程，不是自发的。准静 态过程要求每一时刻都是平衡态，如果没有外界 的作用，这是不可能。 (b)，完全无摩擦实际上不可能的。 (c)，“无限缓慢”实际上不可能的
3热力学第二定律 普遍说法: 任何一个客观过程向相反过程进行而不引起任 何外界变化是不可能的 Clausiυs:不可能把热量从低温物体传递到高温物 体而不引起其它变化。( No process is possible Whose sole result is the transfer of heat from a cooler to a hotter body) Kelvin- Planck:不可能从单一热源吸收热量使之完全 变成功而不引起其它变化( No process is possible whose sole result is the absorption of heat from a reservoir and the conversion of this heat into work √不引起任何变化
3 热力学第二定律 普遍说法： 任何一个客观过程向相反过程进行而不引起任 何外界变化是不可能的 Clausius： 不可能把热量从低温物体传递到高温物 体而不引起其它变化。(No process is possible whose sole result is the transfer of heat from a cooler to a hotter body) Kelvin-Planck：不可能从单一热源吸收热量使之完全 变成功而不引起其它变化(No process is possible whose sole result is the absorption of heat from a reservoir and the conversion of this heat into work) ✓ 不引起任何变化