北京化工大学 普通物理学9热力学第二定律.ppt

§4.1 自然过程的方向 Δ§4.2 不可逆性相互依存 §4.3 热力学第二定律及其微观意义 §4.4 热力学概率与自然过程的方向 §4.5 玻尔兹曼熵公式与熵增加原理 Δ §4.6 可逆过程 §4.7 克劳修斯熵公式 §4.8 熵增加原理举例 §4.1 自然过程的方向性 §4.3 热力学第二定律及其微观意义 §4.4 热力学概率与自然过程的方向 §4.5 玻尔兹曼熵公式与熵增加原理 4.9 温熵图（自学） §4.6 可逆过程 （自学） 4.10 熵和能量的退化（自学） 证明：对不可逆过程 克劳修斯不等式： 1 2 P V 不可逆 可逆 即 循环 2、过程方向性的判据 ? 熵增加原理 （过程） 对于孤立体系， dQ=0 ，则有熵增加原理： （孤立系，自然过程） 五、热力学基本方程 由热力学基本方程可以求熵 综合热力学第一和第二定律，得 只有体积功时 六、熵的计算 例. 求n摩尔理想气体由态（T1,V1) 到态（T2,V2 )的熵增。 1、用热力学基本方程求熵 解： 理想气体 ? 摩尔理想气体（T1,V1)?（T2,V2)熵增为 对自由膨胀，温度保持常数，熵增为 3）自由膨胀 设计连接初、末态的可逆过程 设计等温可逆过程连接初末态 讨论 1）等温过程 2）等容过程 0 解：（1）求 ?S水 水从 20o C 到100o C，设计一个可逆传热过程 例. 1kg 的 20o C 水用 100o C 的炉子加热到 100o C，求 DS水和 DS炉子。水的比热 C＝ 4.2 J/g.K。 20o C 水 炉子20oC 100oC 100oC 20oC+2dT 20oC+2dT dQ 20oC+dT 20oC+dT dQ 水 温度升高(分子混乱程度增加)?熵增加 熵的大小是对体系分子混乱程度或无序度的一种量度。 （2）计算?S炉子 炉子是热库 温度是常数 （3）（水＋炉子）的熵增 孤立体系内发生的任意过程熵不减少。 3、选定参考点可计算熵值，一般选 0o C 纯水的熵为零。 §4.8 熵增加原理举例 （1）功热转换 瀑布h =75 m, V=900 m3/s, T环＝300K。求单位时间内瀑布和环境构成的孤立体系的熵增。 解： （机械运动熵不变） （2）有限温差热传导 DQ T高 T低 （3）绝热自由膨胀（V1?V2 ,T1=T2) （4）可逆绝热过程是等熵过程 对可逆过程: T S Q吸 T S Q放 T-S曲线下的面积为吸（放）的热。 温熵图： 用温熵图证明：在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工质种类无关。 b 卡诺循环（任意工质）温熵图 T S W＝Q1－Q2 T1 T2 等温过程 绝热过程 绝热过程（等熵） 等温过程 d c b a n m c n 若循环过程有损耗?做功减少，则有 T S W＝Q1－Q2 T1 T2 等温过程 绝热过程 绝热过程（等熵） 等温过程 d c b a n m b c n 对任意工质，只要高、低温热源温度相同，则 本次作业： 第二章 独立完成哟！ 2.2-1， 2.2-2， 2.2-3， 2.2-19 气体自由膨胀、有限温差热传导等 一、产生不可逆的原因 摩擦、电流使电阻发热、两种流体混合等 1、过程中发生耗散 2、过程中包含非平衡态到平衡态的过渡 不可逆过程的例： * 热 学 Heat 第4章 热力学第二定律 目 录 热力学第一定律要求：在一切热力学过程中，能量一定守恒。 但是，满足能量守恒的过程是否一定都能实现？ 前 言 实际过程的进行有方向性，满足能量守恒的过程不一定都能进行。 热力学第二定律：自然过程（不受外来干预，例如孤立体系内部的过程）总伴随着分子混乱程度或无序程度（用“熵”来量度）的增加。 1、功热转换 水 功?热：重物下落，功全部转变成热, 水温降低，产生水流，推动叶片转动，提升重物，而不引起其它任何变化。 该过程能“自动”发生。 通过摩擦使功变热的过程是不可逆的，逆过程不能自动发生。 该过程不能“自动”发生。 并且不引起其它任何变化。 热?功： 有限温差的两个物体相接触，热量总是自动由高温物体传向低温物体。相反过程不会自动发生。 当然，用致冷机可把热量由低温物体传向高温物体。 有限温差热传导不可逆。 高温热库T1 低温热库T2 A Q1 Q2 工质 但外界必须对工质做功，这引起了其它效果。 2、热传导 3、气体的绝热自由膨胀 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 非平衡态