物理课件第四章 节 热力学基础.pptVIP

4-4 熵和熵增加原理 * 一、熵的概念 1.自发过程中，系统混乱度或无序性倾向增加。 2.熵：用来量度系统混乱度的物理量。 *系统在一定状态下，有确定的混乱度，对应确定的熵值；熵是一个状态函数。 *混乱度越大，微观状态就越多，熵值也越大。 如何判断孤立系统中过程进行的方向？ * 例如：1）热传导过程 处于高温时的体系，分布在高能级上的分子数较集中； 而处于低温时的体系，分子较多地集中在低能级上。 当热从高温物体传入低温物体时，两物体各能级上分布的分子数都将改变，总的分子分布的花样数增加，是一个自发过程，而逆过程不可能自动发生。 * 2）、气体混合过程的不可逆性 将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板， N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程，是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。 * 可逆卡诺机 上式表明在卡诺循环中，系统从环境所获得的热量与获得热量时的温度的比，即热温比的代数和为零 * ③绝热线： p O V 绝热线 等温线 绝热方程 由于 ，所以绝热线在A点的斜率绝对值大于等温线在A点的斜率。 将同一气体从同一初态出发压缩相同的体积时，在绝热过程中压强增加比等温过程大 * 绝热过程中的功 设质量为m，摩尔质量为M的理想气体，由初态 经绝热过程至终态 ，因此在绝热过程中， 和 两状态中的p、V满足： 例题 * 温度为300K，质量为1.4×10-2 kg，压强为105Pa的氮气，经绝热压缩使其体积变为原来的20﹪，（1）试求压缩后的压强和温度。并将这个压强与等温压缩的压强进行比较。（2）试求环境对系统所做的功和气体内能的变化 * 由绝热方程可得： 解：对氮气 对等温过程： * 对于绝热过程有： 根据绝热过程方程 * 例：摩尔数相同的两种理想气体，一种是单原子气体，另一种是双原子气体，都从相同的状态开始，以等温膨胀到原来的数倍，问（1）系统对外做功是否相等 （2）由外界环境吸收的热量是否相等？ 解：设两种理想气体摩尔数均为n 等温膨胀 又因为理想气体在等温过程中内能增加为0 所以系统从外界吸收的热量Q=A * 例：8.0×10-3kg的氧气，原来的温度为27℃，体积为0.41×10-3m3。若（1）经过绝热膨胀体积增大到4.1×10-3m3；（2）先经等温过程再经等体过程到达与（1）相同的状态。试分别计算上述两种过程中系统做的功。 * 例：用绝热壁做一圆柱形容器，在容器中间放置一无摩擦，绝热的可动活塞。活塞的两侧各有2.0mol的理想气体。左、右两侧的始态均为 ，设气体定容摩尔热容为 。将一通电线圈放在左侧，对气体缓缓地加热，左侧气体膨胀，同时通过活塞压缩右侧气体，最后使右侧气体压强为 。求（1）活塞左侧的气体对右侧气体做了多少功？（2）右侧气体的最终温度？（3）左侧气体的最终温度？（4）左侧气体吸收多少热量？ 三、循环过程 热机和制冷机 * 1.循环过程： ①循环：系统经一系列状态变化后，又回到原来的状态。(可持续工作) ②系统经历一个循环过程，内能不变。 ③净功： 顺时针循环时，系统对外做功，净功A合＞0，数值等于循环曲线p-V图中包围的面积。 p V A B C D *ACB:气体膨胀，对外做功； *BDA:气体压缩，外界做功较少。 * ④正循环和逆循环 *在p-V图上，循环按顺时针方向进行，A＞0，表现为系统对外做功。 ——正循环（热机：把热量转化为功） P V A B * p-V图上逆时针方向循环 A＜0，外界对系统做功。 ——逆循环（制冷机:利用外界做功使热量由低温处流入高温处，从而获得低温） * 2.热机和制冷机： 热机效率: ①热机从高温热源吸收热量 ：对外做功 ，同时向低温热源释放热量 * ②制冷机从低温热源吸收热量 ，外界做功 ，向高温热源释放热量 制冷系数: 越大,制冷效果越好。 例题 * 卡诺循环由四个准静态（两个等温，两个绝热）过程组成，试分析其热机效率。 * 解：A→B，等温膨胀 ,吸热 ，对外做功 B→C，绝热膨胀，对外做功 * C→D，等温压缩， ,放热 ,外界做功 D→A，绝热压缩，外界做功 * *在卡诺循环中，热机效率只由高温、低温热源的温度T1、T2决定，与工作物质无关。 * 例：如图所示为1mol单原子理想气体所经历的循环过程，其中，AB为等温线，AC为等容线，BC为等压线。 已知： ，