第三章热二法.ppt

第三章、热力学第二定律与熵; §3-1 第二定律的表述及其实质 §3-2 卡诺定理 §3-3 熵与熵增加原理 §3-4 熵增加原理从有序到无序 §3-5 热力学定律的微观诠释; ？自然过程的方向性 ;一、热力学第二定律的两种表述 第一定律指出不可能制造成功效率大于 一的热机。;功是否可以全部变为热？ 热是否可以全部变为功？;3、两种表述的等效性 两种表述分别揭示了功转变为热及热传递 的不可逆性，它们是两类不同的现象，两种表述的等效性说明一切不可逆过程间存在着内在的联系(?)。;;T;违背了开尔文表述 也就是违背了克劳修斯表述; 4、利用四种不可逆因素判别可逆与不可逆; 6、 第二定律与第一定律的联系;; 1. 工作于相同高温热源 T1 及相同低温热源 T2 之间的一切可逆热机的效率都相等，与工作物质无关，都为：;T;热机 a :从高温热源吸热 Q1,向外输出功A后,再向低温热源放热 Q2 ; 热机b:从高温热源吸热Q1, ,有 A’的功输出,另有Q2,的热量释放给低温热源,使两部热机在每一循环中输出相同的功。;由假定 ;T; (1) 使不可逆机尽量接近可逆机； (2) 提高高温热源的温度（用降低低温热 源的温度的方法来提高效率是不经济的）; 例：已知光子气体的状态方程，求内能密度?; 例1：一个平均输入功率为50MW 的发电厂，在1000K和 300K两热源间工作。 问： （1）理论上最高效率是多少？ （2）如果这个工厂只能达到这一效率70%，有多少输入热量转化为电能？ （3）为了生产50MW的电功率，每秒需提供多少焦尔热量？ （4）如果低温热源由一条河流来承担，其流量为10m3/s，则由电厂释放的热量引起的温升是多少？;（1）? =; 3、热力学温标; 热力学温标及用理想气体温标表示的任何温度的数值之比是一常数。; ;热力学过程的初态和终态之间存在重大的差异性。系统的这种性质决定了过程的方向，由此可以预期，可确定一个新态函数熵来描写。;如果热量仍用代数量来表示，则上式可写为：; 对于任意一个可逆循环可以看作为由无 数个卡诺循环组成。;P;P;P;P;P;P;P;P;P;P; 当卡诺循环数无限增加时，锯齿形过程 曲线无限接近于用红色线表示的可逆循环。; 对于每一个卡诺循环有：;Q;对于无限小的可逆过程; 若系统的状态经历一可逆微小变化，它与恒温热源 T 交换的热量为 dQ ，则系统的熵改变了;1. 熵是系统状态的单值函数； 2. 应用克劳修斯熵公式，对任可逆过程计算熵变：;5. 在不可逆过程熵的计算中，可计算出熵作为状态参量的函数形式，再以初末两状态参量代入计算熵变。若工程上已对某些物质的一系列平衡态的熵值制出了图表则可查图表计算两状态熵之差。 6. 若把某一初态定为参考态，则任一状态的熵变表示为：;理想气体熵的计算：;(3)1mol理想气体以P，V为自变量时的熵：;例3：; ;S;　 若始末态体积相同：;Δ;a; 例5：一容器被一铜片分成两部分，一边是80?C的水，另一边是20 ?C的水，一段时间后，从热的一边向冷的一边传递了1000卡的热量，问在这过程中熵变是多少？; 例6：两个相同体积的容器盛有不同的理想气体，第一种气体质量为M1 ，分子量为 ?1 ，第二种气体质量 M2 ，分子量为 ?2 ，它们的压强和温度相同，两者相互联通起来，开始了扩散，求达到平衡时这个系统的熵变总和。; §3-4 熵增加原理 (从有序到无序); 对于一个可逆的绝热过程是一个等熵过 程，但是对于一个不可逆的绝热过程熵是否 不变呢？; 这是一不可逆的过程，在计算熵变时应设想一连接相同初末态的可逆过程。;总熵变;(2)自由膨胀过程中系统的熵变; 这说明在孤立系统中发生不可逆过程引起了整个系统熵的增加。或者说，在孤立系统发生的自然过程，总是沿着熵增加的方向进行。 利用熵来判别过程是可逆还是不可逆的判据 —— 熵增加原理。; 熵增加原理指出了实际过程进行的方向 它是热力学第二定律的另一种表达方式。; 例如：在绝热容器中理想气体向真空自 由膨胀，膨胀前后系统的内能不变，能量的 总量不变。但是膨胀后，气体的体积变大， 系统的熵增加，可以用来转化为机械能的比 例减少了，能量的品质降低。 ; 从熵增加原理可知，对于一个绝热的不可逆过程，其按相反次序重复的过程不可能发生，因为这种情况的熵变小。 “不能按相反次序重复”正说明：不可逆过程相对于时间坐标轴是肯定不对称的。因此，可逆与