不可逆过程热力学(Y.L.姚)思维导图
化学平衡思维导图
化学平衡思维导图统特点不做非膨胀功参与反应各物质的量不再随时间改变而改变正向反应速率等于逆向动态平衡定条件下反应能否进行大转化率计算应条件改变对反应影响何控制反应条件等温等压下，反应方向判据适参与反应各物质的化学势不变定条件下反应方向热力学定律><>=<=反应限度R 点，D 和未混合时吉布斯自由能之和P点，D 和混合后但尚未进行反应时系统的吉布斯自由能之和T点，反应达平衡时，所有物质的吉布斯自由能之总和，包括混合吉布斯自由能；点，纯产物的吉布斯自由能防止反应物之间或反应物与产物之间的任何形式的混合，使反应进行到底亲和势A >0,反应正向进行A <0，反应逆向进行A =0，反应达平衡温方程式理想气体混合系统非理想气体混合物反应系统理想液态混合物反应系统非理想液态混合物反应系统相反应热力学平衡常数适用于任意相态的化学反应与标准态化学势有关，故与各物的性质和标准态的选择有关仅是温度的函数，压力已指定为标准压力它是量纲一的量，单位为通过标准状态下反应吉布斯自由能变化求得与理论上所能获得的最大转化率有关，可计算反应的最大转化率例题用等温方程式判断反应方向判断方向（理想气体）即反应限度，可通过标准平衡常数计算最大转化率平衡常数与等温方程式应用例题例题相反应标准平衡常数理想稀溶液中enry 定律发生偏差平衡常数与化学反应方程式的关系标准平衡常数经验平衡常数理想气体标准平衡常数只取决于温度和物质本性的量纲一的数值者关系准吉布斯自由能、标准平衡常数、经验平衡常的联系与应用对于溶液同理例题个反应系统中，有不同相态的物质参与的反有凝聚相（纯态液相或固相）参单个理想气体或是理想气体混合物只与气体反应物有关多个气体解离压力某固体物质发生解离反应时，所产生气体的压力，称为解离压力，定温下有定值究意义断反应方向当环境中的CO2分压小于离解压力，反应正向进行当CO2分压大于离解压力，反应逆向进行例题准平衡常数测定方法测定反应系统达到平衡时的压力或浓度物理方法直接测定与浓度或压力呈线性关系的物理量化学方法用骤冷、抽去催化剂或冲稀等方法使反应停留在原来的平衡状态，然后用合适的化学分析方法分析平衡的组成衡转化率及平衡组成的计算理论转化率实际转化率准平衡常数与平衡转化率的计算与应用温度an’t Hoff 公式微分式an’t Hoff 公式的定积分式应用压力只影响有气体物质参与并反应前后气体分子数不等的反应的平衡组成惰性气体惰性气体只影响有气体物质参与的反应的平衡组成例题在一个反应体系中，如果同时发生几个反应，当到达平衡态时，这种情况称为同时平衡设体系中发生两个化学反应，若一个反应的产物在另一个反应中是反应物之一，则这两个反应称为耦合反应例子估算估计反应的有利温度转折温度时的温度题。
热力学第二定律思维导图
熵和熵增加的原理
热力学概率Ω
玻尔兹曼熵公式：S=klnΩ
描述平衡态的状态函数 ，是反映系统状态的函数
根据它的单向变化性质可判断实际过程的方向
是组成系统的微观粒子的无序性（混乱度）的量度 熵
熵越，系统内部分子运动越混乱
反映系统状态的函数
区别于温度
温度是大量分子热运动的平动动能的统计平均值的量度
温度越高，分子运动越剧烈，分子平均平动动能越大
可逆和不可逆过程
可逆和不可逆的定义 热力学第二定律的实质之处，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。它向人们指出了实际宏观过程进行的单向性和条件。 无摩擦的准静态过程是可逆的
统计意义
一个不受外界影响的“孤立系统”，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。
热学第二定律
自然过程的方向性
性质：自然界的许多过程虽不违反热力学第一定律，但绝不会自动的发生。即自然过程都具有方向性。
热传导现象
功变热现象 例
自由膨胀
扩散现象
两种表述
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。 第二类永动机是不可能造成的
克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化
熵增加原理：孤立系统中发生的任何不可逆过程都将导致熵的增加，而在孤立系统中的一切可逆过程，其熵不会改变。ds≥0
数学公式
高等工程热力学 第五讲-线性不可逆热力学PPT课件
第五讲 线性不可逆热力学
局域熵源强度（熵产率）：
Ji Xi [ Lij X j ]Xi 0
i
i
j
总熵产率： P dV 0
热力学力与流之间满足线性关系时（非平 衡态处在线性区），局域熵产生和总熵产 生均不可能小于零。
第五讲 线性不可逆热力学
§5-2 Onsager倒易关系
高等工程热力学
第五讲
线性不可逆热力学
第五讲 线性不可逆热力学
§5-1 熵源强度
经典热力学研究的对象集中在平 衡态和从一个平衡态过渡到另一个平 衡态的可逆过程。而客观世界中，绝 大多数自然现象都是处于非平衡态下 的不可逆过程。非平衡态热力学系统 与不可逆热力学过程是广泛存在的， 因此对他们的研究变得十分必要。
位面积的热量与物质的量时:
dni d (i / T )
i d dx
dq d (1/ T ) d dx
第五讲 线性不可逆热力学
特点：两个式子都是由两个因子的乘积组成 一个是与不可逆过程速率有关的因子，如热流，扩
散流，这些因子可以广义地称之为不可逆过程的热力 学流，简称“流”。
一个是与引起相应“流”的推动力有关的“力”， 如温度，化学势的梯度。
量实验事实的支持。有了Onsager倒易关系， 就使需要确定的唯象系数个数减少。
第五讲 线性不可逆热力学
二、广义“流”和“力”的选择
1.热传导问题
根据导热的傅立叶定律，在一维问题中
qx
dT dx
流 qx
力
dT dx
第五讲 线性不可逆热力学
这种“流”和“力”还不是具有热力学意
义的“流”和“力”。后者要服从熵源强
Q 1
八年级上物理思维导图完整版
八年级上物理思维导图完整版一、力学1. 质点和物体质点的概念质点的特点物体的概念物体的特点2. 力的概念力的定义力的单位力的分类3. 力的作用效果力的平衡力的合成与分解力的平行四边形法则4. 重力重力的概念重力的方向重力的大小重力的计算5. 弹力弹力的概念弹力的方向弹力的大小弹力的计算6. 摩擦力摩擦力的概念摩擦力的方向摩擦力的大小摩擦力的计算7. 牛顿第一定律牛顿第一定律的内容牛顿第一定律的应用8. 牛顿第二定律牛顿第二定律的内容牛顿第二定律的应用9. 牛顿第三定律牛顿第三定律的内容牛顿第三定律的应用10. 动能动能的概念动能的计算动能的影响因素11. 势能势能的概念势能的计算势能的影响因素12. 机械能机械能的概念机械能的计算机械能的守恒二、热学1. 温度温度的概念温度的单位温度的测量2. 热量热量的概念热量的单位热量的传递方式3. 比热容比热容的概念比热容的计算比热容的影响因素4. 热力学第一定律热力学第一定律的内容热力学第一定律的应用5. 热力学第二定律热力学第二定律的内容热力学第二定律的应用6. 热机热机的概念热机的工作原理热机的效率7. 热传导热传导的概念热传导的方式热传导的影响因素8. 热辐射热辐射的概念热辐射的方式热辐射的影响因素9. 热对流热对流的概念热对流的方式热对流的影响因素10. 热膨胀热膨胀的概念热膨胀的方式热膨胀的影响因素三、光学1. 光的传播光的直线传播光的反射光的折射光的反射定律平面镜成像凸面镜成像3. 光的折射光的折射定律凸透镜成像凹透镜成像4. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用5. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用6. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用7. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用光的散射现象光的散射原因光的散射应用9. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用10. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用四、电磁学1. 电荷电荷的概念电荷的单位电荷的分类2. 电流电流的概念电流的单位电流的计算3. 电压电压的概念电压的单位电压的计算4. 电阻电阻的概念电阻的单位电阻的计算5. 欧姆定律欧姆定律的内容欧姆定律的应用6. 电路电路的概念电路的分类电路的计算7. 电功电功的概念电功的单位电功的计算8. 电能电能的概念电能的单位电能的计算9. 电热电热的概念电热的单位电热的计算10. 电磁感应电磁感应的概念电磁感应的条件电磁感应的应用五、现代物理1. 相对论相对论的概念相对论的基本原理相对论的应用2. 量子力学量子力学的基本概念量子力学的基本原理量子力学的基本应用3. 原子物理原子的概念原子的结构原子的性质4. 核物理核物理的概念核物理的基本原理核物理的基本应用5. 粒子物理粒子物理的概念粒子物理的基本原理粒子物理的基本应用6. 天体物理天体物理的概念天体物理的基本原理天体物理的基本应用7. 地球物理地球物理的概念地球物理的基本原理地球物理的基本应用8. 生物物理生物物理的概念生物物理的基本原理生物物理的基本应用9. 化学物理化学物理的概念化学物理的基本原理化学物理的基本应用10. 环境物理环境物理的概念环境物理的基本原理环境物理的基本应用八年级上物理思维导图完整版二、热学（续）11. 热力学第三定律热力学第三定律的内容热力学第三定律的应用12. 热平衡热平衡的概念热平衡的条件热平衡的应用13. 热容热容的概念热容的单位热容的计算14. 热导率热导率的概念热导率的单位热导率的计算15. 热辐射定律热辐射定律的内容热辐射定律的应用16. 热力学循环热力学循环的概念热力学循环的分类热力学循环的应用三、光学（续）17. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用18. 光的散射光的散射现象光的散射原因光的散射应用19. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用20. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用21. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用22. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用23. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用四、电磁学（续）24. 电容电容的概念电容的单位电容的计算25. 电感电感的概念电感的单位电感的计算26. 电感与电容的关系电感与电容的相互作用电感与电容的应用27. 电感与电阻的关系电感与电阻的相互作用电感与电阻的应用28. 电容与电阻的关系电容与电阻的相互作用电容与电阻的应用29. 电磁波电磁波的概念电磁波的传播电磁波的应用30. 电磁场电磁场的概念电磁场的性质电磁场的应用31. 电磁感应定律电磁感应定律的内容电磁感应定律的应用32. 电磁感应现象电磁感应现象的观察电磁感应现象的解释电磁感应现象的应用五、现代物理（续）33. 相对论（续）相对论的时间观念相对论的空间观念相对论的质量观念34. 量子力学（续）量子力学的波粒二象性量子力学的测不准原理量子力学的纠缠现象35. 原子物理（续）原子的能级结构原子的光谱原子的辐射与吸收核裂变与核聚变核能的应用核物理的实验方法37. 粒子物理（续）粒子的分类粒子的性质粒子的相互作用38. 天体物理（续）宇宙的起源与演化星系的结构与演化黑洞与暗物质39. 地球物理（续）地球的内部结构地球的外部环境地球物理的观测方法40. 生物物理（续）生物分子的结构生物系统的功能生物物理的实验方法41. 化学物理（续）化学反应的原理化学键的形成化学物理的实验方法环境污染的物理机制环境保护的物理方法环境物理的研究热点八年级上物理思维导图完整版六、波动学1. 波动的基本概念波动的定义波动的分类（横波、纵波）波动的传播方式（机械波、电磁波）2. 波动的基本性质波长、频率、波速的关系波动的能量与动量波动的干涉与衍射3. 机械波机械波的产生与传播机械波的反射、折射与衍射机械波的应用（声波、水波）4. 电磁波电磁波的产生与传播电磁波的性质（电场、磁场）电磁波的应用（无线电波、光波）七、量子物理1. 量子力学的基本概念量子态量子态的叠加量子态的坍缩2. 量子力学的实验验证双缝实验量子纠缠量子隧穿效应3. 量子计算与量子通信量子比特量子算法量子密钥分发4. 量子物理的应用量子传感器量子成像量子材料八、宇宙学1. 宇宙的起源大爆炸理论宇宙的膨胀宇宙的年龄2. 宇宙的结构星系、星系团、超星系团黑洞暗物质与暗能量3. 宇宙的演化宇宙的早期阶段宇宙的中期阶段宇宙的晚期阶段4. 宇宙学的观测方法光学望远镜射电望远镜红外望远镜九、环境物理1. 环境污染的物理机制大气污染水污染土壤污染2. 环境保护的物理方法净化技术治理技术预防技术3. 环境物理的研究热点全球气候变化生态系统的保护环境质量的监测十、物理与技术1. 物理与信息技术的结合量子计算光纤通信激光技术2. 物理与能源技术的结合太阳能风能核能3. 物理与材料科学的结合新型材料纳米技术磁性材料4. 物理与生物技术的结合生物传感器生物成像生物材料。
可逆过程和不可逆过程
介绍可逆过程和不可逆过程 容积功的计算方法 容积功的计算
容积功的计算
2/10
§2—4 可逆和不可逆过程
• 一、可逆过程 • 热力学体系处于平衡状态时，体系内部的压力 和温度均匀一致，并且也等于外界的压力和温 度。当外界的压力或温度变更时，体系的平衡 状态被破坏，但经过一定时间以后，体系重新 达到另一平衡状态，在从原来的平衡状态到新 的平衡状态的过程中，要经过一系列的不平衡 状态，这无法用状态参数来描述，在压容图上 也不能用确切的点来表示，所以更不会有状态 方程式描述其参数之间的关系。
• 例 气缸内的气体压力按玻义耳—马略特 定律。Pv=常数的规律进行变化，试求其中 气体由状态1变化至状态2的容积功。 • 解 因pv=常数，故pv=常数／v，代人式 (1—2—9)即得1kg气体的容积功为
1
2
pdv
2
1
v2 dv 常数 常数 ln v v1
V2 P P v1 P v1 ln 1 1 1 V1 P2
dW mdw
dV mdv
• 其中m为气缸内气体质量，1kg气体所做 的容积功 •
dw pdv
• 活塞从位置1移动到位置2，该过程的容 积功为 2
w12 pdv
1
• 在已知起始和终了的状态参数及压力与比 容的关系以后，就可以积分，并得出容积 P 功的数值。 f (v) 的关系式不同，所求得 的功的数值也就不同。另外，在压容图上， pdv用狭长条阴影面积表示，那么，过程 2 1—2气体所做的容积功 就是过程 1 pdv 1-2下面的面积12341。
• 气体膨胀时，v2 >v1 由上式求出的 w12 为正值； 反之，气体压缩时，v <v ，求出的 即为 1 w 负值。 • 对可逆过程而言，热u2 u1 pdv
热力学与统计物理课件 热力学部分 第五章 不可逆过程热力学简介
第五章不可逆过程热力学简介§5.1 局域平衡熵流密度与局域熵产生率§5.2 线性与非线性过程昂萨格关系§5.1 局域平衡熵流密度与局域熵产生率对不可逆过程，如果初态和终态仍然是平衡态，则可以通过初态与终态之间热力学函数之间的关系求得整个过程的总效应。
自然界中存在大量的不过逆过程：热传导、扩散、化学反应、生命等因而有必要将热力学方法推广到非平衡情形除以局域体积，并不考虑项后有：局域平衡假设：如果将一个处于非平衡态的系统分成许多宏观小、微观大的子系统，那么每一个子系统仍然处于热力学平衡态。
∑−+=i ii dN PdV dU TdS μi iN μpdV −：一个分子的化学势：第i 组元的分子数∑−=i ii dn du Tds μ假设在不可逆热力学中对局域量仍然成立。
动理系数（线性唯象律）推广为：:kl l lkl k L X L J LXJ ∑==在各向同性物体中上述各种输运过程的经验规律都可表述为“流量与动力成正比”，即lk kl kkk L L X J ==Θ∑则动理系数满足关系：统计物理学可以证明：适当选择流量和动力，使局域熵产生率表达为：昂萨格关系昂萨格关系表述第l 种力对第k 种流与第k 种力对第l 种流所产生的线性效应的对称性。
这关系是微观可逆性在宏观规律上的表现．它不可能根据热力学理论推导出来，在不可逆过程热力学中我们将直接引用这个公式。
讨论对动理系数的限制。
0≥Θ0≥Θ=Θ∑lklk hl X X L 意味着上式是正定二次型讨论存在两个耦合的不可逆过程的情形，此时：22222121122111)(X L X X L L X L +++=Θ。
不可逆过程热力学简介
TdS dU pdV i dNi
注意：该式对于小系统元近似成立，但对整个系统不成立。 如果忽略体积变化，则基本方程为
Tds du i dni
S ——局域熵密度 s V U ——内能密度 u V Ni ——粒子数密度 ni V
5.热力学第二定律和熵产生率
热力学第二定律对不可逆过程有
散度的定义是：
A1 A2 A3 A A A1i A2 j A3k x y z 于是可得 d (t , r ) d J Q (t , r )d dt V V
d (t , r ) J Q (t , r ) dt
此式为守恒量所遵守的一般连续性方程。
di S 0
dQ dS de S Te
定义熵产生率 i s ——单位时间单位体积内的熵产生 t 则熵密度随时间的变化率为 s e s i s e s t t t t 因为右方第一项是由于系统元从周围环境吸收热量引起的变化，它 可表达为
e s J s —— Js熵流密度 t
第五章 不可逆过程热力学简介
§5.1 不可逆过程热力学方程
1.平衡态热力学和不可逆过程
平衡态热力学由热力学三个定律作为基础构筑而成。由平衡态热 力学得到的结论，至今未有与实践相违背的事实。对于非平衡态 和不可逆过程，从平衡态热力学只能够得到非常有限的信息
【高中物理】知识体系梳理!全思维导图!
静态平衡合力为零静止或匀速直线运动动态平衡自由落体运动运动学问题超重竖直上抛运动失重和与速度共线匀变速直线运动完全失重合力恒定动力学两类基本问题力与运动平抛运动与初速度不共线匀变速曲线运动带电粒子在匀强电场中的类平抛运动方向与速度垂直匀速圆周运动合力大小一定、方向变化方向周期性变化-周期性加速、减速图象法运动轨迹是圆周能量守恒定律或牛顿运动定律合力大小和方向都变化运动轨迹是曲线但不是圆周能量观点匀速直线运动(F 合=0)直线运动小球压缩弹簧雨滴下落至收尾速度粒子在交变电场中运动匀变速直线运动(F吝恒定)x-t图象v-1图象基本公式常用推论与F 关系v=vo+atx=Vot+ ar²v²-v²=2ax△x=aT²力的运算F=ma自由落体运动竖直上抛运动刹车问题斜面上物体的运动合成法正交分解法非匀变速直线运动(F+ 变化)图象描述条件Fa 与v 不 共 线研究方法运动的合成与分解F ·方向与轨迹关系Fa 指向轨迹的凹侧恒力初速度u 与F△垂 直u 方向的匀速直线运动 合力方向的匀变速直线运动合力恒定特例初速度x 与F 合不共线水平方向以ucos θ做匀速直线运动 竖直方向做匀变速直线运动圆周运动位移分解 速度分解 加速度分解斜抛运动(类斜抛运动)平抛运动 (类平抛运动)曲 线 运 动特点特点分解分解运动描述实例线速度：v=△tAs△0角速度：w=At周期TT=频率f向心加速度：a=向心力：F=ma水平面内的圆周运动模型竖直面内的圆周运动模型v=wrw)π1f4π²T²F=汽车转弯、火车转弯、圆锥摆绳模型，最高点vmm=√gr杆模型，最高点vmin=0v²m-rmw²rm4π²r²=w²r=rT'-圆周运动能量观点标量矢量动量观点能量功W=Flcos a平均功率F= W瞬时功率P=Fucos α机车启动动能定理，W,=△E机械能守恒定律功能关系能量守恒动量定理Ft=mv₂-mv缓冲问题连续体问题电磁感应中的电荷量问题动量守恒定律mi2₁+m₂=m₁v′+m₂₂'碰撞爆炸反冲弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞动量p=mu-冲量l=FtT力在空间力在时间效果积累效果积累能量与动量力学三大观点常见过程动力学观点能量观点动量观点常见模型匀变速直线运动平抛运动圆周运动一般的曲线运动滑块、滑板斜面弹簧传送带碰撞性质作用电场强度(E= ,E=k Q ,E= d U ),电场线 电势(φ: 9E . ,U=4A-4s,W=qU), 等势面平衡带电粒子在对电荷：F=qE 加速匀强电场中偏转对导体：静电感应(静电平衡、静电屏蔽)电容(定义式C= 决定式C= E,S )4πkd'电场与磁场性质作用带电粒子在电、 磁场中的运动磁感应强度 B= F (I ⊥B)L对通电导线： F=BIL(I ⊥B)对运动电荷：F=quB(v ⊥B) ①仅受电场力②仅受洛伦兹力 ③在复合场中运动 ①直线运动② 类平抛运动 ③圆周运动 ④一般曲线运动应用实例 ①示波管 ②直线加速器 ③速度选择器 ④磁流体发电机 ⑤电磁流量计 ⑥霍尔元件 ⑦质谱仪 ⑧回旋加速器v//B,F=0,做匀速直线运动u⊥B,F=quB,做匀速圆周运动带电粒子在 匀强磁场中带电粒子的受力情况带电粒子的运动性质磁感线，磁通量φ=BSQ U' 磁场电场合力为零合力方向与速度方向在同一直线上合力指向轨迹凹侧速度偏转角：,v6%侧移距离：y=yo+l'tanPIfu某一位置，牛顿第二定律 某一过程，动能定理匀速直线运动 变速直线运动曲线运动规律：牛顿 运动定律或 动能定理 带电粒子在电场中的运动运动的 分解类平抛 运动圆周运动常见磁场磁场的描述磁场对电流的作用磁场对运动电荷的作用匀强磁场条形磁铁的磁场通电直导线周围的磁场通电圆环周围的磁场磁感线磁感应强度安培力洛伦兹力提供向心万大小、方向大小F=BIL(I⊥B)方向左手定则方向-大小F=quB(v⊥B)mi匀速圆R= qB周运动T=qB安培定则2πm磁场在电 场中在组合场 中的运动 (不计重力)在磁 场中计重 力在叠加场中的运动不计 应 重力 用般曲线运动v//E,匀变速直线运动⊥E, 类平抛运动v//B,匀速直线运动v⊥B.匀速圆周运动匀速直线运动 qE 、mg 、quB 平 衡匀速圆周运动 速度选择器质谱仪回旋加速器 磁流体发电机电磁流量计 霍尔元件功能关系注意两个过程的 衔接，前一过程 的末速度是下一 过程的初速度aE=mg,auB 提供向心力quB=mr 电：子复场 的 动 带粒在合中运Aφ电源直流电路用电器电路产 生 交变电流(正、余弦) 描述输送感应电流方向的判定： 楞次定律、右手定则电 磁 感 应感应电动势的大小：E=n²△,E Lv总功率：P=EI输出功率：P=U 内耗功率：P=I²r直流电路的动态分析 含容直流电路的分析 电路故障的分析电路中的能量转化部分电路欧姆定律l=闭合电路欧姆定律l= UR ER+r 电阻：R=p; S T电功： W=uit电热： Q=FRt交流电“四值” 周期、频率变压器远距离输电基本关系制约关系运用牛顿运动定律分析导体棒切割磁感线问题运用动量定理、动量守恒定律分析导体在导轨 上的运动问题运用能量守恒定律分析电磁感应问题运用电磁感应与欧姆定律的有关知识分析图象场、路结合问题 电路与电磁感应探究型实验验证型实验实验仪器实验方法测量做直线运动物体的瞬时速度探究弹簧弹力与形变量的关系探究加速度与物体受力、物体质量的关系探究平抛运动的特点探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系探究两个互成角度的力的合成规律验证机械能守恒定律验证动量守恒定律长度测量仪器刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器时间测量仪器打点计时器、秒表(不估读)数字计时器(光电门)等效法控制变量法倍增法力学实验探究型实验测量型实验测量仪器读数观察电容器的充、放电现象探究影响感应电流方向的因素探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系测量金属丝的电阻率测量电源的电动势和内阻用多用电表测量电学中的物理量电压表、电流表、欧姆表、电阻箱电表的改装电学实验描述方法回复力特点简谐运动共振受迫振动实验：用单摆测量重力加速度的大小描述方法形成条件干涉、衍射波速、波长和频率(周期)的关系光的折射全反射sin C= 1光的干涉薄膜干涉光的衍射光的偏振实验：测量玻璃的折射率实验：用双缝干涉实验测量光的波长麦克斯韦电磁场理论电磁波的产生机械振动机械波光学电磁波机械振动与机械波光电磁波n分子直径数量级为10-*”m.阿伏加德罗常数 扩散现象、布朗运动引力、斥力同时存在分子力表现为引力和斥力的合力 温度是分子平 均动能的标志各向异性晶体各向同性液体玻意耳定律(等温):p.V=p ₂V 查理定律(等容):Pi P:T T 盖一吕萨克定律(等压):V VTT p ₁V p ₂V ₂理想气体状态方程：T T热力学第一定律△U=W+Q热力学第二定律(两种表述)用油膜法估测油酸分子的大小探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系分子动理论固体和液体气体实验定律热力学定律实验分子力- 内能单晶体多晶体分子动能 分子势能非晶体热学固体原子核式结构能级玻尔理论跃迁，hv=E-E(m>n)天然放射现象、三种射线、原子核的组成：中子、质子衰变核反应 电荷数守恒、裂变 质量数守恒聚变核力 (比)结合能 质量亏损，核能，△E=△mc²极限频率最大初动能 E ₁=hv-W ₀饱和光电流 光的强度电子的干涉和衍射h λ=p光子能量ε=hv光电效应物质波原子结构原子物理α粒子散射实验近代物理人工核转变波粒二象性遏止电压原子核。
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高中物理知识思维导图
相互作用：
运动的描述
重力、基本相互作用
力的合成与分解
牛顿第一定律、牛顿第三定律牛顿运动定律
摩擦力
圆周运动
运动和合成与分解
曲线运动
抛体运动
弹力
万有引力与航天
牛顿第二定律及其应用曲线运动
静电场
机械能守恒定律
能量守恒定律
电势、电势差、电势能
电荷守恒定律库仑定律宇宙航行
机械能守恒定律
功、功率
势能、动能、动能定理
电场电场强度
静电场中的导体电容器电容气体
磁场
交变电流
电磁感应现象楞次定律
法拉第电磁感应定律
带电粒子在电场中的运动
磁场磁感应强度
电磁感应
电磁感应与现代生活
恒定电流
欧姆定律
电阻定律
安培力
洛伦兹力
带电粒子在匀强磁场中的运动分子动理论
力与机械
动量守恒定律
热力学定律
热与热机
光
原子核
机械波
波粒二象性
物态和物态变化相对论简介
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热力学统计物理 第五章 课件
J LX 在许多情形下往往有几种力与几种流同时存在，这时将出 现不同过程的交叉现象。而上式相应推广为
J k Lkl X l
l
上式称为线性唯象律，系数Lkl称为动理系数。 Lkl等于一 个单位的第l 种动力所引起的第k 种流量，一般是局域强
度量的函数。
统计物理学可以证明，适当选择流量和动力，可使局 域熵产生率表达为
J q T
其中κ是导热系数。
扩散过程的经验规律是菲克定律。 以 J n表示混合物中某组元物质在单位时间内流过单位 截面的粒子数，称为粒子流密度。菲克定律指出，粒子流 密度与该组元的浓度梯度成正比，即
Jn D n 其中n是该组元的浓度，D是扩散系数。
导电过程的经验规律是欧姆定律。
把在单位时间内通过单位截面所输运的物理量（分子
数、电荷量、动量和能量等）统称为热力学流，以 J
表示。
把引起物理量输运的物体中某种性质的梯度（浓度梯度、 电势梯度、速度梯度、温度梯度等）统称为热力学力，以 X 表 示。 在各向同性物体中上述各种输运过程的经验规律都可 以表述为“流量与动力成正比”，即
物体中温度不均匀引起能量的输运，称为热传导过程； 混合物中各组元浓度不均匀引起物质的输运，称为扩散过程； 流体流动时速度不均匀引起动量的输运，称为粘滞现象； 导体中的电势差引起电荷的输运，称为导电过程…
对于一系列输运过程都建立了经验规律。 热传导过程的经验规律是傅里叶定律。
以 J q表示单位时间内流过单位截面的热量，称为热流 密度。傅里叶定律指出，热流密度与温度梯度成正比，即
如果系统内部发生的过程可逆，熵产生
diS=0 如果系统内部发生的过程不可逆，熵产生
6-5可逆过程与不可逆过程式卡诺定理讲解
4
4
ab ac ad bc bd cd 总 cd bd bc ad ac ab 计
6
16
➢（2）如果有N个分子
分布的总状态个数是2N
退回到A中的概率是1/2N，所以自由膨胀是不可逆的。
➢我们把每一种可能的分布称为一个微观状态。有N个 分子共有2N个可能的概率均等的微观状态。
➢一个宏观状态，它所包含的微观状态的数目愈多， 分子的混乱程度就愈高，实现这个宏观状态的方式的 数目也越多，这个宏观状态出现的概率也就越大。 ➢自由膨胀的不可逆性，实质上反映了
➢解法1：
dQ 0, dS dQ 0
T
➢这种解法是错的。
设理想气体系统从状态1（V1, p1,T,S1），经自由膨胀 (dQ=0)到状态2 （V2, p2,T,S2） ，V1< V2， p1> p2 ，计 算此不可逆过程的熵变。
➢解法2、设计一可逆的等温过程。
S2 S1
2 dQ 1T
第六章 热力学基础
§6-5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 一、可逆过程与不可逆过程 二、卡诺定理 三、卡诺定理证明 §6-6 熵 玻耳兹曼关系 一、熵 二、自由膨胀的不可逆性 三、玻耳兹曼关系 §6-7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义 一、熵增加原理 二、熵增加原理的统计意义 三、熵增与能量退化 四、熵增和热寂
不同温度下的速率分布曲线
例题6-7
试计算理想气体在等温膨胀过程中的熵变。
解：在这个过程中，对于一指定分子，在体积为V 的容器内找 到它的概率 W1 是与这个容器的体积成正比的，即
W1 cV
式中c是比例系数，对于N个分子，它们同时在V中出现的概率W，
等于各单分子出现概率的乘积，而这个乘积也是在V 中由N 个分
可逆过程和不可逆过程23页PPT
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
不可逆过程热力学理论
热寂说、生物进化，…。
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★自组织现象系统内部由无序 Nhomakorabea为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象
生命过程的自组织现象
► 各种生物都是由各种细胞按精确规律组成的高度有序的机构：
☺人大脑是由150亿个左右神经细胞组成的极精密及有序组织；
5
☺ 物理实验中空间有序——对流有序现象。 贝纳特于1900年加热盘中薄层流体，开始时
温度梯度不大，流体中只有热传导未见明显 扰动。当温度梯度超过某一临界值时，原来 静止的液体中突然出现许多规则的蜂房样六 角形对流格子，液体内部的运动转向宏观有 序化。
☺ 时间有序的物理自组织现象——激光。 输入功率小于临界值时，激光器向普通灯泡一样，发光物质
的个原子接受能量后各自独立发光，每次发光时间10-8s，所发 波列长度约3m，当输入功率大于某临界值时，各原子集体一致 行动，发出频率和振动方向都相同的波列长度可达30万千米的 “相干光波”—激光。发光物质的原子处于非常有序的状态，不 断进行着自组织过程。
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正是无生命世界和有生命世界同有自组织现象的事实，促使人们想到这 两个 世界在这方面可能遵循相同的规律，也激发人们去创立有关的理论。
普里高津在把物理和生物过程结合起来研究时提出耗散结构理论（1967年)； 哈肯在研究激光发射过程的基础上，把它和生物过程等加以类比时创立了协同 论（1976年) 。
耗散结构理论和协同论采用不同的方法来说明自组织现象，得出了很多有价 值的结果，前者着重用热力学方法进行分析， 后者着重于统计原理的应用。
最小熵产原理（普里高京，1945）—— 在接近平衡态的条件下，和外界强加的限制相适应的非平 衡稳定状态的熵产Sg具有最小值。 —线性非平衡态热力学的重要原理
可逆过程与不可逆过程
T2
卡诺定理的证明
用反证法， 用反证法，假设 得到
η′ > η
A A > ′ Q1 Q1
′ Q1 < Q1 ′ ∴ Q2 < Q2
′ ′ Q Q1 − Q2 = Q1 − Q2
两部热机一起工作，成为一部复合机， 两部热机一起工作，成为一部复合机，结果外界不对 复合机作功， 复合机作功，而复合机却将热量 Q′ − Q′ = Q − Q 1 2 1 2 从低温热源送到高温热源，违反热力学第二定律。 从低温热源送到高温热源，违反热力学第二定律。 不可能， 所以η′ > η 不可能，即 η′ ≤ η 不可能， 反之可证 η > η′ 不可能，即 η ≤ η′
所以不可能即反之可证不可能即卡诺定理的证明卡诺定理的证明2在温度为的高温热源和温度为低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率
§7-7 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理
1.可逆过程与不可逆过程 可逆过程与不可逆过程
可逆过程：系统状态变化过程中, 可逆过程：系统状态变化过程中,逆过程能重复 正过程的每一个状态,且不引起其他变化的过程。 正过程的每一个状态,且不引起其他变化的过程。 在热力学中， 在热力学中，过程可逆与否与系统所经历的 中间状态是否为平衡状态有关。 中间状态是否为平衡状态有关。 实现的条件:过程无限缓慢,没有耗散力作功。 实现的条件:过程无限缓慢,没有耗散力作功。 不可逆过程：在不引起其它变化的条件下， 不可逆过程：在不引起其它变化的条件下， 不能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程。 不能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程。
2. 卡诺定理
(1) 在温度为 T1 的高温热源和温度为 T2 的低温热 源之间工作的一切可逆热机，效率都相等， 源之间工作的一切可逆热机，效率都相等，而与工 作物质无关，其效率为: 作物质无关，其效率为: T2
第五章 不可逆过程热力学简介
§5.2 昂萨格关系
一、不可逆过程的实验规律
1、关于局域熵产生率的回顾： 、关于局域熵产生率的回顾： di s 1 热传导 = J q ⋅ Xq ; Xq = ∇ dt T 纯扩散 一般地
di s 1 = Jn ⋅ Xn ; Xn = − ∇µ dt T di s Θ= = ∑Jk ⋅ Xk (5.2.1) dt k
• deS——熵流，源自热交换，可正可负； 熵流， 熵流 源自热交换，可正可负； • diS≥0——熵产生，系统内部不可逆性质体现 熵产生， 熵产生 • 变化率： 变化率： dS d s d s
dt
;
i
dt
;
e
dt
3、局域平衡假设 、 •局域：系统内宏观小（点）微观大（足够多分子）的区域 局域： 微观大（足够多分子） 局域 系统内宏观小（ •局域平衡：在近平衡区有 局域平衡： 局域平衡 系统——非平衡，任意局域 非平衡， 系统 非平衡 任意局域——近似为平衡 近似为平衡 特征： 特征：系统各种热力学量作为空间坐标的函数依然有意义
•局域平衡假设：在局域平衡条件下，开放系统的热力学 局域平衡假设：在局域平衡条件下， 局域平衡假设 基本微分方程 Tds=du+pdv-Σµidni 对任一局域依然成立。 对任一局域依然成立。 线性不可逆过程热力学的基本问题： 线性不可逆过程热力学的基本问题： 求解方程得到局域熵产生率并研究其性质
第五章
p179-211） 不可逆过程热力学简介（p179-211）
•重点：局域熵产生、昂萨格关系 重点：局域熵产生、 重点 •难点：“动力”与“流”的概念 难点： 动力” 难点 •课时：课内4学时，课外4学时 课时： 课时 课内4学时，课外4 •作业：p212-214 作业： 作业 p212习题5 习题5-1；5-2；5-3；5-4