可逆与不可逆过程
一个系统从状态
虽然微观粒子所经历的物理过程是可逆的,但是大量的粒子组成的热力学系统(也就是宏观体系)所经历的任何过程都是不可逆的,不同的宏观过程的不可逆性是相互等价的。
热力学第二定律的意义
既然一切宏观过程都是不可逆的,那说明任何宏观过程都有一个自发进行的方向,相反的方向不能自动进行,热力学第二定律就是用来保证这一点的,有了它,人们不再陷入那种迷茫,例如:有没可能热自动的从低温物体传到高温物体呢?
热力学第二定律的两种表述
开尔文表述:不可能从单一热源吸热,使之完全变成有用功,而不引起其他的变化。
克劳修斯表述:热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。
两种表述是等价的(根据逆否命题与原命题等价来说明),如下图所示,若违反了开尔文表述,则必然导致克劳修斯表述也被违反了,反过来也可以说明。
热力学第二定律的统计解释
系统的每一个宏观态包含
卡诺定理
在两个恒温热源
在两个恒温热源
熵的定义
克劳修斯熵
克劳修斯公式给出了一种计算两个态之间的熵差的方法:找一个可逆过程连接这两个态即可。
熵是一个态函数,克劳修斯公式定义了熵的相对值,类似于保守力的势能函数。
玻尔兹曼熵
微观态代表微观多样性,因此拥有的微观态数越多的宏观态,其内部的多样性就越丰富,也可以理解为其成分和结构越混乱。因此熵就反映了热力学体系的混乱度:熵越大,体系就越混乱。
熵的计算公式
根据热力学第一定律
对等温过程,上式变为
熵增加原理
根据克劳修斯熵,如果一个系统保持孤立,即
The End
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