江苏大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第六章 热力学基础 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义

67熵增加原理热力学第二定律的物理意义 6.7熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 一.熵增加原理 T>T 热传导过程中熵是增加的。 T → 设想一个可逆的等温过程 dt 来计算熵变 do do 物体1的熵变 -do 3 物体2的熵变 两个物体的总熵变 dg+-d№>0 D T 前页后页目录 1

前页 后页 目录 1 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 T1 T2 热传导过程中熵是增加的。 一. 熵增加原理 T T 1 2  dt dQ 物体1的熵变 1 dQ T − 物体2的熵变 2 dQ T 两个物体的总熵变 2 1 0 d d Q Q T T − +  设想一个可逆的等温过程 来计算熵变 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义

67熵增加原理热力学第二定律的物理意义 熵增加原理：在封闭系统中发生的任何不可逆过程， 都导致整个系统的熵的增加，封闭系统的总熵只有 在可逆过程中才是不变的。 熵增加原理只能用于封闭系统或绝热自由膨胀 过程。对于非封闭系统或非绝热自由膨胀过程，可 借助外界作用，使系统的熵减小是可能的。 熵增加原理与热力学第二定律是等价的。 前页后页且录2

前页 后页 目录 2 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 熵增加原理：在封闭系统中发生的任何不可逆过程， 都导致整个系统的熵的增加，封闭系统的总熵只有 在可逆过程中才是不变的。 熵增加原理只能用于封闭系统或绝热自由膨胀 过程。对于非封闭系统或非绝热自由膨胀过程，可 借助外界作用，使系统的熵减小是可能的。 熵增加原理与热力学第二定律是等价的

67熵增加原理热力学第二定律的物理意义 二.热力学第二定律的统计意义 封闭系统其内部发生的过程，总是由概率小 的状态向概率大的状态进行，由包含微观状态数 目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状 态进行。这是熵增加原理的实质，也是热力学第 二定律的统计意义。 气体绝热自由膨胀、物体间自发的热传递、 功热转换等过程中，熵都是增加的。 前页后页目录3

前页 后页 目录 3 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 二. 热力学第二定律的统计意义 封闭系统其内部发生的过程，总是由概率小 的状态向概率大的状态进行，由包含微观状态数 目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状 态进行。这是熵增加原理的实质，也是热力学第 二定律的统计意义。 气体绝热自由膨胀、物体间自发的热传递、 功热转换等过程中，熵都是增加的

67嫡增加原理热力学第二定律的物理意义 熵增量的计算方法 选择一个联系两个状态的可逆过程，然后用克劳 修斯熵公式计算。（不论实际是可逆、不可逆过程) 例1今有1kg、0℃的冰融化成0℃的水，求其熵变 （设冰的熔解热为3.35×105J/kg)。P237例题6-8 解：熔解过程温度不变，计算时可假设冰从0℃的恒温 热源中吸热的过程是可逆的，则熵变 s=号-30 273 =1.22×103(J/K) 本题完 前页后页目录 4

前页 后页 目录 4 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 例1 今有1kg、0℃的冰融化成0℃的水，求其熵变 （设冰的熔解热为3.35105J/kg)。P237例题6-8 解: 熔解过程温度不变，计算时可假设冰从0℃的恒温 热源中吸热的过程是可逆的，则熵变 2 1 dQ S T  =  Q T = 5 1 3 35 10 273   . = 3 =  1 22 10 . (J/K) 本题完 熵增量的计算方法 选择一个联系两个状态的可逆过程，然后用克劳 修斯熵公式计算。（不论实际是可逆、不可逆过程）

67熵增加原理热力学第二定律的物理意义 三.*熵增与能量退化 熵越大，系统的能量中可利用的部分就越少。 所以熵表示系统内部能量的“退化”或“贬值”， 或者说熵是能量不可利用程度的量度。 能量不仅有形式上的不同，而且有质的差别。 机械能和电磁能是可以被全部利用的有序能量，而 内能是不能全部转化的无序能量。 熵增加意味着系统能量中成为不可用的部分在 增大，这叫做能量的退化。 前页后页目录 5

前页 后页 目录 5 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 三. *熵增与能量退化 熵越大，系统的能量中可利用的部分就越少。 所以熵表示系统内部能量的“退化”或“贬值”， 或者说熵是能量不可利用程度的量度。 能量不仅有形式上的不同，而且有质的差别。 机械能和电磁能是可以被全部利用的有序能量，而 内能是不能全部转化的无序能量。 熵增加意味着系统能量中成为不可用的部分在 增大，这叫做能量的退化

67嫡增加原理热力学第二定律的物理意义 四.*熵增和热寂 热寂：19世纪的一些物理学家，把热力学第二定律 推广到整个宇宙，认为宇宙的熵将趋于极大，因此 一切宏观的变化都将停止，宇宙将进入“一个永恒 的死寂状态”，这就是热寂说。然而热寂并没有发 生，有人认为原因是宇宙是无限的，不是封闭的。 前页后页目录 6

前页 后页 目录 6 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 四. *熵增和热寂 热寂：19世纪的一些物理学家，把热力学第二定律 推广到整个宇宙，认为宇宙的熵将趋于极大，因此 一切宏观的变化都将停止，宇宙将进入“一个永恒 的死寂状态” ，这就是热寂说。然而热寂并没有发 生，有人认为原因是宇宙是无限的，不是封闭的

67嫡增加原理热力学第二定律的物理意义 哈勃红移与宇宙膨胀：1929年，美国天文学家哈 勃的天文研究表明，星系越远，光谱线的红移越 大，该现象可用星系的退行运动引起的多普勒效 应来解释，从而得出宇宙在整体膨胀的结论。 一个膨胀的宇宙，其每一瞬时可能达到的最 大熵Sm是与时俱增的。宇宙膨胀足够快时，宇宙 熵值的增长落后于Sm的增长，两者的差距越来越 大。因此，宇宙的熵虽然在不断增大，但是它离 平衡态却愈来愈远。 本节完 前页后页目录 7

前页 后页 目录 7 6.7 熵增加原理 热力学第二定律的物理意义 哈勃红移与宇宙膨胀：1929年，美国天文学家哈 勃的天文研究表明，星系越远，光谱线的红移越 大，该现象可用星系的退行运动引起的多普勒效 应来解释，从而 得出宇宙在整体膨胀的结论。 一个膨胀的宇宙，其每一瞬时可能达到的最 大熵Sm是与时俱增的。宇宙膨胀足够快时，宇宙 熵值的增长落后于Sm的增长，两者的差距越来越 大。因此，宇宙的熵虽然在不断增大，但是它离 平衡态却愈来愈远。 本节完