2.5有序、无序和熵 教案 (1)

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2.5有序、无序和熵
教案
教学重点：掌握熵的概念。
教学难点：熵的计算。
回顾：
热力学第一定律：
热力学第二定律：过程的方向性，有序→无序
一、
熵的发现与定义
卡诺比较水车与热机，得出结论。正确否？
那在能量转换过程中什么物理量保持不变呢？
卡诺定理：≤
将上式变形得
≤0
≤0
热温比——等温过程中吸收的热量与热源温度之比。
S(entropy)克劳修斯熵或热力学熵
对卡诺循环
≤0
对由若干个等温和绝热过程组成的循环
≤0
对于一个任意的循环
≤0
克劳修斯不等式
若可逆过程ACB、ADB组成一个循环，则
即与路径无关
定义：系统熵的增量等于初态A和末态B之间任意一个可逆过程热温比的积分。
J/K
二、熵的计算
1、
熵是状态量
2、
熵是广延量
【例题】
例1、若从400K的高温热库向300K的低温热库传递了100J的热量，求热传导中的熵变。
解：
三、
熵增原理
若ACB为不可逆过程、ADB为可逆过程，组成一个循环，则
所以
≥
对孤立系统，，则
S＝≥0
熵增原理：孤立系统里的熵永不减少。
熵增原理的应用：给出自发过程进行方向的判据
平衡态A——→平衡态B(熵不变)
可逆过程
平衡态A——→平衡态B(熵增加)
不可逆、自发过程
热力学第二定律亦可表示为：一切自发过程总是向着熵增加的方向进行。
四、
熵的微观意义
热力学概率(微观状态数)
——混乱度、无序度。玻耳兹曼熵或统计熵)
熵是热力学系统内分子热运动无序程度的量度。
则
熵增原理
一切自发过程进行的方向：
有序、集中——→无序、混乱
非均匀、非平衡——→均匀、平衡
热力学概率小——→热力学概率大
熵小——→熵大
【总结】
这节课，我们讲了一个重要的物理量，判断过程方向性的具体判据——熵。
怎么计算熵呢？熵是一个状态量，初末态之间的熵变等于沿任意可逆过程热温比的积分，，这是从宏观角度解释的热力学熵。而从微观角度讲，熵是系统内部分子热运动混乱程度的量度，，称为统计熵。
怎么用熵判断过程方向呢？孤立系统内
，即熵增原理。所以，一切自发过程总是从熵小向熵大方向进行。
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