热统导言及第一章.ppt

在等温等压下,系统中发生的不可逆过程,总是向着 吉布斯函数减少的方向进行。 (对复相或多元系而言, T和P确定，但状态仍可变化) 在等温等压过程中，吉布斯函数的减少是 除体积变化功外，系统对外界所做的最大功。 最大功定理 本章小结 一、 物态方程 1.2 热力学系数 理想气体，范式方程，简单固液体，顺磁性固体的居里定律 二、 准静态过程的功 均匀系，液体表面膜，极化功，磁化功 三、 热力学第一定律 3.2 热容量 1.1 物态方程 3.1热力学第一定律 3.3物量方程式 对于非体积功，利用 做变换 从能量方程出发，可以求得系统内能的解析表达式 3.4 循环过程及热机效率 四、热力学第二定律 4.3 克氏等式与不等式 4.1 热力学第二定律 4.2 卡诺定理 4.4 态函数熵 4.5 热力学第二定律的普遍表示 4.6 熵增原理 4.7 熵差的计算方法 五、热力学基本方程 例题1： 热机工作于初温为T1，T2两物体之间，两物体相同， 热容量Cp恒定，热机工作到当两物体温度相等时停止。 设物体末温为Tf,则热机做的功为W=Cp(T1+T2-2Tf), 其最大值为: 解：1） 2）由熵增原理： 解：取容器内原有空气和进入空气的全体为系统。 记 为所求量。 和 过程进行很快，可看作绝热。 例2 体积为V的容器内盛有空气，压强为P1 ，低于大气压P0, 温度等于大气温度T0。打开容器上的活门，直到 内外压强迅速平衡后关闭。将空气视为理想气体，求进入容器内的大气原来的体积与关闭活门时容器内气体的温度。设 为常量。 P49 1.10 功 热 自动 机械能 电磁能 内能 功热转换 热传导 高温 低温 自动 * →→ 3.试用克氏说法证明卡诺定理。 思考题： 1.什么是可逆过程？ 2.试给出一种新的第二定律的定性表述， 并证明与克氏和开氏说法等效。 4 用热力学第二定律证明：在p---V图上两条绝热线不能相交；绝热线与等温线不能有两个交点。 §1.12热力学温标 卡诺机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关 为从高温热源吸热 为在低温热源放热 设另一可逆机工作于 之间 则 将两机联合工作，则 (3)式 ／(2)式得 消去 确立了测温特性关系 选一温标，用 表示其计量的一个温度,使 与工作物质的特性无关 ,是一 种绝对温度，即热力学温标。 确定温标：国际上选水的三相点的温度为273.16K。 热力学温标与理想气体温标一致性 理想气体 即 若选同一点即水三相点温度为 273.16K，可见两个温标一致。 思考题：引入绝对热力学温标的重要意义是什么？ §1.13.克劳修斯等式和不等式 一 卡诺循环的克氏不等式 等号适用于可逆机 不等号适用于不可逆机 即为克劳修斯等式和不等式 若定义 二 任意循环的克氏不等式 设一系统在循环中与几个热源接触 分别吸取热量为： 则： R R R … … … … 违反开氏说法 ∴必有 吸热 证明:设从 则 若 克氏等式与不等式的普遍表达式: 等号适用于可逆过程 不等号适用于不可逆过程 例如卡诺循环 系统与一温度连续分布的热源交换热量 习题： 1.设高温热源T1温度为4K,低温热源温度T2为200K,在此两热源 间工作的卡诺热机的效率为多少？若从T1吸入的热量为800J, 则向T2放出的热量为多少？若工作于T1,T2两热源间的热机是 不可逆机，热机效率为25%，吸入800J得到的功为多少？向T2 放出的热量是多少？是否满足克氏不等式？ 2.R为可逆机，在三个热源间工作完成一定数目的循环后， 已知热源1吸热Q1为1200J，对外做功W1为200J， 求：a)从各热源吸热多少？ b)每个热源熵的改变？ T1 R W1 T2 T3 400K 300K 200K Q1 Q2 Q3 可逆过程中 的值与路径无关，只与始末状态有关. A B §1.14 熵和热力学基本方程 一 态函数-熵 则 引入态函数—熵 熵的微分形式： 熵是广延量 单位 初态 A，末态 B， 和 为可逆过程。 不可逆过程熵的定义: 二 热力学基本方程 设在可逆过程中只有体积变化功 由第一定律 热力学基本方程 一般形式 ※积分路径应由可逆过程 和 代替。 P V C A B R1 R2 三 非平衡态的熵 取局域平衡的熵之和 四 可逆过程热量的计算 例:卡诺循环 等温 绝热 T S 等温 等温 绝热 绝热 W Q1