第01章-热力学基本定律3.ppt

Logo第01章-热力学基本定律3 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Logo热力学第二定律要解决的问题：热力学第二定律要解决的问题：热力学第二定律要解决的问题：热力学第二定律要解决的问题：（1）系统在一定条件下过程发生的可能性问题。）系统在一定条件下过程发生的可能性问题。（2）在一定条件下系统两状态间过程的自发方向和限度问题。）在一定条件下系统两状态间过程的自发方向和限度问题。Logo一、一切实际过程都是热力学不可逆过程一、一切实际过程都是热力学不可逆过程 我们把过程分为可逆过程和不可逆过程，这是热力学要讨论的重要内容，是从热功转化的角度揭示系统状态间发生的过程的本质特征。举例说明：理想气体发生四个途径，实现相同的始终态变化，但过程的功和热不同。LogoLogo讨论：讨论：（1）每一个途径的功和热？）每一个途径的功和热？（2）沿等温可逆压缩途径使系统回复到初态，）沿等温可逆压缩途径使系统回复到初态，循环过程系统复原了，那环境有什么变化痕迹循环过程系统复原了，那环境有什么变化痕迹？（3）若不沿可逆压缩途径回到初态，则其情）若不沿可逆压缩途径回到初态，则其情况又会怎样？况又会怎样？Logo结论：结论：（1）若发生一可逆过程，沿原途径返回，系统和）若发生一可逆过程，沿原途径返回，系统和环境同时复原。环境同时复原。（2）若发生不可逆过程，则系统无法沿原途径返）若发生不可逆过程，则系统无法沿原途径返回，且无论怎样，系统回到初态的同时，环境留回，且无论怎样，系统回到初态的同时，环境留下了功变热的痕迹。下了功变热的痕迹。Logo（3）除此之外，可逆过程与不可逆过程还有以）除此之外，可逆过程与不可逆过程还有以下区别下区别:中间步骤无限多；中间步骤无限多；做功多少的比较；做功多少的比较；有无有无“功变热功变热”的痕迹。的痕迹。Logo二、热力学第二定律的典型表述二、热力学第二定律的典型表述1、Kelvin（开尔文）表述：由单一热源吸热（开尔文）表述：由单一热源吸热使之全部转化为功，而不引起其他变化是不可使之全部转化为功，而不引起其他变化是不可能的。能的。或第二类永动机是不可能制成的。或第二类永动机是不可能制成的。2、Clausius（克劳修斯）表述：不可能把（克劳修斯）表述：不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其他变热从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。化。Logo三、卡诺原理三、卡诺原理1、工作于两个相同高、低温热源之间的所有热、工作于两个相同高、低温热源之间的所有热机机(热机效率热机效率)，以以Carnot可逆热机的效率可逆热机的效率(R)最大。最大。Logo用数学式子表示：用数学式子表示：Logo2、证明：卡诺原理、证明：卡诺原理高温热源低温热源LogoLogo结论：结论：通过以上证明说明：热从低温物体传向了高温通过以上证明说明：热从低温物体传向了高温物体而没有引起其他变化，物体而没有引起其他变化，这与热力学第二定律这与热力学第二定律的克劳修斯说法相违背。的克劳修斯说法相违背。Logo四、熵与过程性质的判据1.可逆循环过程的热温熵总和可逆循环过程的热温熵总和由卡诺可逆循环出发推理可得由卡诺可逆循环出发推理可得:对任一可逆循环对任一可逆循环过程过程Logo2、可逆过程的热温商总和（熵变）、可逆过程的热温商总和（熵变）如图，一可逆循环，如图，一可逆循环，设它由设它由A经经R1到到B,再沿再沿R2的逆过程到的逆过程到A，完成可逆循环。，完成可逆循环。Logo移项得Logo因为因为R2为一可逆过程，故：为一可逆过程，故：这符合状态函数这符合状态函数“异途同归，值变相等的特征异途同归，值变相等的特征”，克劳修斯将其定义为状态函数的变化，即，克劳修斯将其定义为状态函数的变化，即熵（熵（S）变。）变。Logo熵的定义：如令SB和SA分别代表终态和始态的熵，则系统由A态变化到变化到B态所引起的熵的改变值为：态所引起的熵的改变值为：对微元过程，有：这就是从熵变的角度对熵给出的定义。Logo3.不可逆循环和不可逆过程中的热温商总和不可逆循环和不可逆过程中的热温商总和Logo用用Carnot可逆循环分割任意可逆循环的示意图可逆循环分割任意可逆循环的示意图II Logo4.过程性质的判据过程性质的判据根据可逆过程和不可逆过程热温商与熵变的关根据可逆过程和不可逆过程热温商与熵变的关系可得：系可得：应用：（应用：（1）判断过程是否可逆；）判断过程是否可逆；（2）判断过程进行的方向）判断过程进行的方向;Logo5.熵增加原理熵增加原理（1）绝热系统的熵增原理）绝热系统的熵增原理对于绝热系统所发生的过程，由于对于绝热系统所发生的过程，由于Logo1)1)绝绝热热系系统统中中发发生生的的任任何何实实际际过过程程，系系统统的的熵熵值值必必定增加；定增加；2)2)若发生理想的可逆过程若发生理想的可逆过程,系统的熵值不变；系统的熵值不变；(3)3)系统熵值减小的过程是不可能发生的，这就是系统熵值减小的过程是不可能发生的，这就是绝绝热过程的热过程的熵增加原理熵增加原理；(4)4)系统经由相同的初态经绝热可逆过程系统经由相同的初态经绝热可逆过程与绝热不与绝热不可逆过程出发不可能达到相同的终点。可逆过程出发不可能达到相同的终点。结论：Logo（2）隔离系）隔离系统（熵增加原理的推增加原理的推论）（3）总熵变判据式）总熵变判据式Logo6.熵流与流与熵产生生（1）熵流：把系流：把系统与与环境相互作用（境相互作用（热与物与物质交交换）而引起的）而引起的熵变叫做叫做熵流，以流，以deS或或eS表表示。示。（2）把系）把系统内部因不可逆内部因不可逆过程程产生的生的熵叫做叫做熵产生，以生，以diS或或iS表示。表示。Logo（3）过程性程性质的普适判据的普适判据Logo(4)可逆可逆过程的最大功原理程的最大功原理 始始态可逆可逆不可逆不可逆 终态Logo