高二物理竞赛热力学第二定理课件.pptx

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1、热力学第二定理12准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程 可逆过程可逆过程 : 在系统状态变化过程中在系统状态变化过程中,如果逆过如果逆过程能重复正过程的每一状态程能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化而不引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程这样的过程叫做可逆过程 .可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程3 1） 在在相同相同高温热源和低温热源之间工作的任高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的意工作物质的可逆机可逆机都具有都具有相同相同的效率的效率 . 卡诺定理卡诺定理 2） 工作在工作在相同相同的高温热源和低温热源之间的的高温热源和低温热源之间的一切一切不不可逆机的

2、效率都可逆机的效率都不可能不可能大于可逆机的效率大于可逆机的效率 .121121TTTQQQ( 不不可逆机可逆机 )（可逆可逆机机）以卡诺机为例，有以卡诺机为例，有4克劳修斯不等式克劳修斯不等式例例. 两热库循环过程热两热库循环过程热温比之和（根据卡诺定理）温比之和（根据卡诺定理）02211 TQTQ其中其中 “ ”：卡诺循环；：卡诺循环；“ ”：不可逆循：不可逆循环。环。 对体系所经历的任意循环过程，热温比的积对体系所经历的任意循环过程，热温比的积分满足分满足0d ( (任任意意循循环环) )TQ其中其中 “ ”：可逆循环；：可逆循环；“ ”：不可逆循：不可逆循环；环；dQ 体系从温度为体系

3、从温度为T 的热库吸收的热量。的热库吸收的热量。5克劳修斯等式的证明：克劳修斯等式的证明： Qi1Qi2Ti1Ti2卡卡诺诺循循环环02211 iiiiTQTQ 0lim12211)( niiiiinTQTQTQ 可可逆逆循循环环d dpV可逆循环可逆循环6对克劳修斯不等式的解释：对克劳修斯不等式的解释： 与可逆循环情况类比，不可逆循环可由一与可逆循环情况类比，不可逆循环可由一系列两热库不可逆循环系列两热库不可逆循环 “构成构成”积分得积分得02211 iiiiTQTQ 0d ( (不不可可逆逆循循环环) )TQ7二、克劳修斯熵公式（二、克劳修斯熵公式（Clausius, 1865） 当体系由

4、平衡态当体系由平衡态 1 经历经历任意过程任意过程变化到平衡变化到平衡态态 2，体系熵的增量为，体系熵的增量为dQ 体系从温度为体系从温度为T 的热库吸收的热量，积分的热库吸收的热量，积分沿连接态沿连接态1 和态和态2 的的任意可逆过程任意可逆过程进行。进行。)(2112RTQSSS d d 可定义状态函数可定义状态函数 “熵熵”0d TQ（可逆循环）（可逆循环）1) )积分路径的限制积分路径的限制2) )热温比热温比火火 商商中国文化中国文化- 沿可逆过程！沿可逆过程！TQd8 如果原过程不可逆，为如果原过程不可逆，为计算计算 S必须设计一个假想的可逆过程。必须设计一个假想的可逆过程。 但计

5、算但计算 S时，积分一定要沿连接态时，积分一定要沿连接态1和态和态2的的任意的可逆过程任意的可逆过程进行！进行！)(2112RTQSSS d d 注意：注意： S只是状态只是状态1和和2的函数，与的函数，与连接连接态态1和态和态2的的过程无关。过程无关。实际过程可以是可逆过程，也可是实际过程可以是可逆过程，也可是不可逆过程。不可逆过程。91 1、过程方向性的判据、过程方向性的判据只需对不可逆过程证明。只需对不可逆过程证明。 不满足下式的过程一定不会发生不满足下式的过程一定不会发生“”:可逆过程可逆过程（熵的定义熵的定义）“”:不可逆过程不可逆过程 2112dTQSSS （过程过程）熵增加原理熵

6、增加原理10证明：证明：对不可逆过程对不可逆过程克劳修斯不等式：克劳修斯不等式：1 12 2PV 不可逆不可逆 可逆可逆即即）（过过程程2112TQSSSd 02121）（）（可可逆逆不不可可逆逆TQTQdd021STQ ）（不可逆不可逆d）（不可逆不可逆21TQSd 循环循环112、过程方向性的判据、过程方向性的判据 熵增加原理熵增加原理 2112dTQSSS （过程）（过程）对于孤立体系，对于孤立体系，dQ=0 ，则有，则有熵增加原理：熵增加原理：0 S （孤立系，自然过程孤立系，自然过程）12熵增加原理：熵增加原理：孤立系统中的熵永不减少孤立系统中的熵永不减少.平衡态平衡态 A平衡态平衡

7、态 B （熵不变）熵不变）可逆可逆过程过程非平衡态非平衡态平衡态（熵增加）平衡态（熵增加） 不可逆不可逆过程过程自发过程自发过程 孤立系统孤立系统不不可逆过程可逆过程0S孤立系统孤立系统可逆可逆过程过程0S0S 孤立系统中的孤立系统中的可逆可逆过程，其熵不变；过程，其熵不变；孤立系统孤立系统中的中的不不可逆过程，其熵要增加可逆过程，其熵要增加 . 熵增加原理成立的熵增加原理成立的条件条件: 孤立系统或绝热过程孤立系统或绝热过程.13 热力学第二定律亦可表述为热力学第二定律亦可表述为 ： 一切自发过程一切自发过程总是向着熵增加的方向进行总是向着熵增加的方向进行 . 熵增加原理的应用熵增加原理的应

8、用 ：给出自发过程进行方向：给出自发过程进行方向的判椐的判椐 .熵增加原理与热力学第二定律熵增加原理与热力学第二定律14熵的计算熵的计算 1）熵是态函数，当始末两平衡态确定后，熵是态函数，当始末两平衡态确定后， 系系统的熵变也是确定的统的熵变也是确定的, 与过程无关与过程无关. 因此因此, 可在两平可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变 . 2）当系统分为几个部分时，当系统分为几个部分时， 各部分的熵变之各部分的熵变之和等于系统的熵变和等于系统的熵变 .15解：（解：（1）求）求 S水水 RTTRTTmCTQS 21dd21水水 水从水从 20

9、o C 到到100o C，设计一个可逆传热过程，设计一个可逆传热过程例例1. 1kg 的的 20o C 水用水用 100o C 的炉子加热到的炉子加热到 100o C，求，求 S水水和和 S炉子炉子。水的比热。水的比热 C 4.2 J/g.K。20o C水水炉子炉子20oC100oC100oC20oC+2dT20oC+2dTdQ20oC+dT20oC+dTdQ水水01001312K/J.TTlnmC16温度升高温度升高( (分子混乱程度增加分子混乱程度增加) )熵增加熵增加 熵的大小是对体系分子混乱程度或无序度的熵的大小是对体系分子混乱程度或无序度的一种量度。一种量度。（2）计算计算 S炉子炉子0J/K900)(2122 TTTCmTQS 炉炉子子炉子是热库炉子是热库 温度是常数温度是常数