第六章 热力学基础
目录
1. 热力学第零定律
热平衡的传递性
1.1. 准静态过程
无限缓慢的状态变化过程
准静态过程中气体所做功为: \[\mathrm{d}A = p \mathrm{d}v\]
- 宏观功(通过宏观的有规则运动完成)
- 微观功(通过分子的无规则运动完成)
二者均为过程量
内能的改变量只决定于初末两个状态,而与所经历的过程无关(结果量)
2. 热力学第一定律
- 等体过程 \(\mathrm{d}V = 0 \Rightarrow \mathrm{d}A = 0\)
- 等压过程 \(\mathrm{d}p = 0\)
- 等温过程 \(\mathrm{d}T = 0 \Rightarrow \mathrm{d}E = 0\)
- 等温线
- 绝热过程 \(\mathrm{d}Q = 0\)
- 绝热线
- 循环过程
2.1. 卡诺循环
在两个温度恒定的热源之间工作的循环过程。
在完成一个卡诺循环后，气体内能回到原值不变。
2.2. 卡诺制冷机
3. 热力学第二定律
- 开尔文表述(热功转换)
- 克劳修斯表述(热量传递)
两种表述的等价性
- 可逆过程
- 不可逆过程(用热力学第二定律判明)
过程的可逆与否和系统所经历的中间状态是否为平衡态相关
3.1. 卡诺定理
在可逆过程中, 把 \(\mathrm{d}Q / T\) 看作系统的 \(\mathrm{d}S\); 在可逆循环中, 系统的熵变为零.
自由膨胀的不可逆性(熵增加)
- 微观状态
- 宏观状态（包含微观状态数目不同）
波尔兹曼关系: \[S = k \ln W\]
3.2. 熵增加原理
封闭系统中不可逆过程均导致熵增,总熵只有在可逆过程中不变
3.3. 热力学第二定律的统计意义
封闭系统内部发生的过程总是由概率小的状态向大的状态进行，由包含微观数目少的宏观状态向多的进行（熵增原理实质）
3.4. 熵增与能量退化
热寂