2013年4月自考《物理(工)》串講第四章(2)
第二部分:熱力學第二定律
這個定律其實就是上面指出的熱現(xiàn)象有關的宏觀過程的不可逆性的規(guī)律。可以有以下表述:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響;不可能從單一熱庫吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響;即第二類永動機是不可能制成的。
那么熱力學第二定律的實質是什么?這就從熱力學系統(tǒng)的微觀狀態(tài)來進行研究分析,根據(jù)對微觀分子狀態(tài)的統(tǒng)計和概率分析,得出這樣的結論,在宏觀孤立系統(tǒng)內部所發(fā)生的過程,總是由微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)進行。
用一個符號Ω來表示任一宏觀狀態(tài)所包含的微觀狀態(tài)數(shù)目為該宏觀狀態(tài)的熱力學概率。
熱力學系統(tǒng)是由大量作無序運動的分子組成的。
相應的,熱力學第二定律就可理解為:在宏觀孤立系統(tǒng)內部所發(fā)生的實際過程,就是沿著熱力學概率大的宏觀狀態(tài)進行,總是沿著無序性增大的方向進行。
這是一條統(tǒng)計規(guī)律,因為這是大量無序運動的分子的宏觀表現(xiàn),如果只有少數(shù)分子,那么它就不適用此規(guī)律。同時,這條定律指出的只是過程進行的最概然方向,從理論上講,孤立系統(tǒng)的熱力學概率Ω值和無序性變小的過程也可能發(fā)生,但是根據(jù)概率統(tǒng)計,其在實際上發(fā)生的可能性極小,所以一般不會出現(xiàn)或觀測不到。
為了把這個定律進行定量的表示,我們引進“熵”概念,用S表示,這個玻爾茲曼關系公式應記住:
S=klnΩ 這個k就是玻爾茲曼常量 1.38×1023 J/K
熵增加原理也就是熱力學第二定律的又一表述:在宏觀孤立系統(tǒng)內所發(fā)生的實際過程總是沿著熵增加的方向進行,即 ΔS>0
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