主講人:孫瑩副教授物理科學與核能工程學院郵箱:

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基礎物理學(II)-熱學

習題討論課1.可逆過程與不可逆過程2.熱力學第二定律的兩種語言表述3.熵及熵增加原理4.熵及熱力學第二定律的統(tǒng)計意義5.熱力學第二定律的應用舉例6.熱力學第三定律§5熱力學第二定律和第三定律本章知識點：5.1可逆過程與不可逆過程無耗散的準靜態(tài)過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準靜態(tài)過程，而準靜態(tài)過程不一定是可逆過程。準靜態(tài)過程與可逆過程有何關系?汽缸與活塞組合中裝有氣體，當活塞上沒有外加壓力,活塞與汽缸間沒有摩擦時；上述裝置，當活塞上沒有外加壓力，活塞與汽缸間摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時；上述裝置，沒有摩擦，但調整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹；在一絕熱容器內盛有液體，不停地攪動它，使他溫度升高；一傳熱的容器內盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內，液體被不停地攪動，可保持溫度不變；在一絕熱容器內，不同溫度的液體進行混合；在一絕熱容器內，不同溫度的氦氣進行混合。1.發(fā)生自由膨脹，則是不可逆過程。判斷下列過程是可逆？還是不可逆？2.有摩擦發(fā)生，也是不可逆過程。

3.是準靜態(tài)無摩擦的膨脹過程，則可逆。4.這是由功變?yōu)闊幔遣豢赡孢^程。5.過程中既有“功變熱”，又有“熱傳導”現(xiàn)象，也是不可逆的。6.液體的擴散不可逆。7.有一定溫差的熱量傳導是不可逆過程。5.2熱力學第二定律的不同表述一切與熱相聯(lián)系的自然現(xiàn)象中它們自發(fā)地實現(xiàn)的過程都是不可逆的。不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響,或第二類永動機是不可能造成的.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。熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的開爾文表述熱力學第二定律的克勞修斯表述5.3熵及熵增加原理熵增加原理熱力學系統(tǒng)從一平衡態(tài)絕熱地到達另一個平衡態(tài)的過程中，它的熵永不減少。若過程是可逆的，則熵不變；若過程是不可逆的，則熵增加。熵是態(tài)函數(shù)理想氣體的熵熵的定義(1)不可逆過程的熵變ΔS無法計算；(2)若工質從某初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達同一終態(tài)，則不可逆途徑的ΔS必大于可逆途徑的ΔS；(3)工質經(jīng)歷不可逆循環(huán)后ΔS>0；(4)自然界的過程都是朝著熵增的方向進行的，因此熵減小的過程不可能實現(xiàn)。下列說法是否正確？為什么？（1）不正確，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計算；（2）不對，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關，ΔS相等；（3）不對，工質經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。?）不對，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過程，系統(tǒng)對外放熱，熵減小。絕熱壓縮后的壓強較大。等溫壓縮過程中，由于放熱，熵減少。絕熱壓縮過程中，熵不變。如果工質從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆定壓過程與不可逆定壓過程，從同一熱源吸收了相同的熱量，工質終態(tài)的熵是否相同？為什么？不能，工質由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，其熵增加，而絕熱過程是不能使其熵減少的，故不能通過一個絕熱過程使其回到初態(tài)。工質由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，問能否通過一個絕熱過程使工質回到初態(tài)？不相同，因為二者對外所作的功不同，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所以最終二者內能的變化不同，故此二者的終態(tài)不同。（1）不可逆過程不一定是自發(fā)的，例如在可逆卡諾循環(huán)中附加上有摩擦的情況，這就是不可逆的卡諾循環(huán)；自發(fā)過程不一定是不可逆的，只有與熱聯(lián)系的自發(fā)過程才是不可逆的。（2）與熱相聯(lián)系的絕熱的自發(fā)過程中的熵一定是增加的，而不與熱相聯(lián)系的自發(fā)過程中的熵是不變的。（3）只有可逆的絕熱過程中dS=0。5.4熵及熱力學第二定律的統(tǒng)計意義熱力學第二定律的統(tǒng)計意義熱水冷卻和周圍有能量交換，當周圍環(huán)境和這杯熱水作為一個封閉系統(tǒng)處理，整個系統(tǒng)的熵仍然是增加的。在進行可逆的絕熱膨脹過程中，其熱力學系統(tǒng)的熱力學概率W將如何變化？一杯熱水置于空氣中，它總是冷卻到與周圍環(huán)境相同的溫度，因為處于比周圍溫度高或低的幾率都較小，而與周圍環(huán)境同溫度的平衡態(tài)是最可幾狀態(tài)，但是這杯水的熵卻減少了，這與熵增加原理相矛盾嗎？(1)在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源間工作的一切可逆熱機其效率都相等，而與工作物質無關。(2)在相同高溫熱源與相同低溫熱源間工作的一切熱機中，不可逆熱機的效率都不可能大于可逆熱機的效率。5.5熱力學第二定律的應用舉例卡諾循環(huán)、卡諾定理熱力學溫標的建立（1）和（2）是不可逆的，設想水所經(jīng)歷的是另一個其初、末態(tài)都和它的初、末態(tài)相同的可逆過程。兩個過程初、末態(tài)相同，因而熵變相同。習題比較以上結果可知，中間溫度的熱源數(shù)越多，水和熱源合在一起的總熵變就越小。因此，若要水和熱源合在一起的熵不變，應該使水經(jīng)歷的是可逆過程。習題習題5.6熱力學第三定律二.光在真空中的傳播速度

c

：光在介質中的傳播速度u：光在介質中的波長：真空n光在介質中的波長是真空中波長的倍。光波一.光波是電磁波

波動光學中主要討論的是相對光強，因此在同一介質中直接把光強定義為：光波的數(shù)學表述光程與光程差光在介質中的光程

=相同時間內光在真空中走的幾何路程。rnr薄透鏡的等光程性（穩(wěn)定值）費馬原理已知

r1，

r2

，n，l，相干光

S1，S2

初相相同，求