第01章热力学基本定律(2)精选文档.ppt

第第01章章热力学基本定律力学基本定律(2)本讲稿第一页，共二十八页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。本讲稿第二页，共二十八页一、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。本讲稿第三页，共二十八页本讲稿第四页，共二十八页讨论：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，则其情况）若不沿可逆压缩途径回到初态，则其情况又会怎样？又会怎样？本讲稿第五页，共二十八页结论：结论：（1）若发生一可逆过程，沿原途径返回，系统和环境同）若发生一可逆过程，沿原途径返回，系统和环境同时复原。时复原。（2）若发生不可逆过程，则系统无法沿原途径返回，）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，环境留下了功且无论怎样，系统回到初态的同时，环境留下了功变热的痕迹。变热的痕迹。本讲稿第六页，共二十八页（3）除此之外，可逆过程与不可逆过程还有以下区）除此之外，可逆过程与不可逆过程还有以下区别别: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。本讲稿第七页，共二十八页二、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：由单一热源吸热使之（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能的。全部转化为功，而不引起其他变化是不可能的。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：不可能把热（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化。从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。本讲稿第八页，共二十八页三、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机、工作于两个相同高、低温热源之间的所有热机(热热机效率机效率)，以以Carnot可逆热机的效率可逆热机的效率(R)最大。最大。本讲稿第九页，共二十八页用数学式子表示：用数学式子表示：本讲稿第十页，共二十八页2、证明：卡诺原理、证明：卡诺原理高温热源低温热源本讲稿第十一页，共二十八页本讲稿第十二页，共二十八页结论：结论：通过以上证明说明：热从低温物体传向了高温物体而通过以上证明说明：热从低温物体传向了高温物体而没有引起其他变化，没有引起其他变化，这与热力学第二定律的克劳修斯这与热力学第二定律的克劳修斯说法相违背。说法相违背。本讲稿第十三页，共二十八页四、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:对任一可逆循环过程对任一可逆循环过程本讲稿第十四页，共二十八页2、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,再再沿沿R2的逆过程到的逆过程到A，完成可逆循环。完成可逆循环。本讲稿第十五页，共二十八页移项得本讲稿第十六页，共二十八页因为因为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，即熵，克劳修斯将其定义为状态函数的变化，即熵（S）变。）变。本讲稿第十七页，共二十八页熵的定义：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。本讲稿第十八页，共二十八页3.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本讲稿第十九页，共二十八页用用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 本讲稿第二十页，共二十八页4.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系可根据可逆过程和不可逆过程热温商与熵变的关系可得：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;本讲稿第二十一页，共二十八页5.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，由于本讲稿第二十二页，共二十八页1)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定增增加；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)系统熵值减小的过程是不可能发生的，这就是绝系统熵值减小的过程是不可能发生的，这就是绝热过热过程的程的熵增加原理熵增加原理；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可逆过与绝热不可逆过程出发不可能达到相同的终点。程出发不可能达到相同的终点。结论：结论：本讲稿第二十三页，共二十八页（2）隔离系统（熵增加原理的推论）隔离系统（熵增加原理的推论）（3）总熵变判据式）总熵变判据式本讲稿第二十四页，共二十八页6.熵流与熵产生熵流与熵产生（1）熵流：把系统与环境相互作用（热与物质交换）熵流：把系统与环境相互作用（热与物质交换）而引起的熵变叫做熵流，以而引起的熵变叫做熵流，以deS或或eS表示。表示。（2）把系统内部因不可逆过程产生的熵叫做熵产生，）把系统内部因不可逆过程产生的熵叫做熵产生，以以diS或或iS表示。表示。本讲稿第二十五页，共二十八页（3）过程性质的普适判据）过程性质的普适判据本讲稿第二十六页，共二十八页(4)可逆过程的最大功原理可逆过程的最大功原理 始态始态可逆可逆不可逆不可逆 终态终态本讲稿第二十七页，共二十八页本讲稿第二十八页，共二十八页