第二章(2.2 2.3) 热力学第二定律.pptVIP

2001-8-CJ PHYSICS BY CJ 熵增加原理指出了自然界中一切自发过程进行的方向和限度，其限度是熵函数达到极大值。所以它是热力学第二定律的另一种表达方式。 在理解熵的概念及熵增加原理时要注意以下几点： 2.熵增加原理只适用于孤立系统 。 3. 对于非绝热或非孤立系统，熵有可能增加，也有可能减少。 1. 熵是态函数。熵变和过程无关，它只决定于系统的初、末状态。 例10 将0.30kg 90℃ 的水与0.70kg 20℃ 的水混合达到热平衡，求: (1) 热水的熵变; (2) 冷水的熵变; (3) 若把两部分水视为一孤立系统，系统的熵变。 (已知水的比热为4.18×103J · Kg-1 · K-1 ) 。( P214例1 ) 解: 由能量守恒求平衡时的温度： 孤立系统中的不可逆过程熵变大于零。 例11 将1kg 20℃ 的水与100℃ 的热源相接触,使水温达到100℃ ，求: (1) 水的熵变; (2) 热源的熵变; (3) 若把水和热源作为一孤立系统，系统的熵变。这个过程是可逆还是不可逆的？(已知水的比热为4.18×103J · Kg-1 · K-1 ) 。( P216例3 ) 解: 在初态、末态之间设计一可逆过程 把水和热源作为一孤立系统，系统的熵变大于零, 所以该过程为不可逆过程。 例12 求1mol 理想气体由( P1 ,T1 ) →( P2 ,T2 )过程的熵变。( P217例5 ) 解: (1) 在1 、2 状态之间设计一可逆过程，对该可逆过程有： * 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互 转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行 的方向。观察与实验表明，自然界中一切与热现象 有关的宏观过程都是不可逆的，或者说是有方向性 的。例如，热量可以从高温物体自动地传给低温物 体，但是却不能自动地从低温物体传到高温物体。对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。为此，首先介绍可逆过程和不可逆过程的概念。 前 言 第九章 热力学第二定律 9－1可逆过程和不可逆过程 （一个给定的过程，若其每一步都能借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称此过程为可逆过程。） 可逆过程: 在系统状态变化过程中,如果逆过程能重 复正过程的每一状态,而不引起其它变化. 不可逆过程: 在不引起其它变化的条件下 , 不能使逆过程重复正过程的每一状态 ,或者虽然能重复,但必然会引起其它变化 . （不可逆过程不是不能逆向进行,而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原过程的痕迹完全消除。） 卡诺循环是可逆循环。 可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小， 即等温热传导。 在热现象中，这只有在准静态和无摩擦的条 件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不 能真正达到。因为，实际过程都是以有限的速 度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗 散因素，所以必然是不可逆的。 经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都 是按一定方向进行的，都是不可逆的。例如： 无摩擦、无机械能损失的、无限缓慢的平衡过程 才是可逆过程。 理想气体自由膨胀是不可逆的。在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半部，这是一种非平衡态，此后气体将自动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。其逆过程由平衡态回到非平衡态是不可能自动发生的。 理想气体的自由膨胀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 理想气体的自由膨胀 热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相同，达到热平衡。其反过程不能自动进行，使两物体温差增大。 人的生命过程是不可逆的。 自然界自发进行的过程都是不可逆的。 热传导 功热转换 通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的，即热不能自动转化为功；唯一效果是热全部变成功的过程是不可能的。 功热转换过程具有方向性。 热力学第二定律是一条经验定律，因此有许多 叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850 年克劳修斯提出的克劳修斯表述和1851年开尔文提出的开尔文表述。 1.