大学物理课件：热力学第二定律.pptVIP

§23.5 熵 V p r1 r2 O 1 2 ? ? 熵是系统状态的单值函数。 2. 理想气体经历可逆过程的熵的变化 (Tf ,Vf) (Ti,Vi) r p O V §23.5 熵 理想气体： 几种常见可逆过程的熵的变化 1)等温过程 §23.5 熵 2)等容过程 §23.5 熵 3)等压过程 4)绝热过程 利用绝热过程的泊松方程： §23.5 熵 等熵过程 * 第23章 热力学第二定律 熵(Second Law of Thermodynamics, Entropy) §23.1 热机 致冷机 1. 热机 热机效率 热机：把热量转换为机械功的装置。 热机使某种工作物质(工质)完成一个循环，回到原来的状态。工质在循环中从高温热源吸取热量，对外做功，再向低温热源(或周围环境)放出部分热量。 Qh=Qc+W 热机效率 其中Qh, Qc为绝对值。 §23.1 热机 致冷机 Qh Qc W 高温热库T1 低温热库T2 工质 吸热Qh 放热Qc 做功W 循环过程： 2. 致冷机 致冷系数 致冷机：一种获得低温的装置。其工质的循环过程与热机的循环过程方向正好相反。 致冷系数 §23.1 热机 致冷机 Qh=Qc+W 其中Qh, Qc为绝对值。 热泵 Qh Qc W 高温热库T1 低温热库T2 工质 吸热Qc 放热Qh 做功W §23.1 热机 致冷机 0 p V a b c d 绝热线 Q1 Q2 V1 V2 EX23-1 一定量理想气体经过下列准静态过程：(1)A?B绝热压缩；(2)B?C等容吸热；(3)C?D绝热膨胀；(4)D?A等容放热。求采用此循环的热机的效率。 解： 对于绝热过程，有： §23.1 热机 致冷机 r=VA/VB称为压缩比。该循环称为奥托(Otto)循环，是四冲程汽油机的工作循环。汽油机的压缩比最大为7， 取1.4，因此： 。 §23.1 热机 致冷机 EX23-2 一台致冷机的工作循环，看成是一定量的理想气体经过下列准静态循环(逆向斯特林循环)过程：(1)A?B等温压缩；(2)B?C等容放热；(3)C?D等温膨胀；(4)D?A等容吸热。这一循环是回热式致冷机中的工作循环。D?A过程从热库吸收的热量，在B?C过程中又回放给了热库，故不计入致冷系数的计算。求此循环的致冷系数。 §23.1 热机 致冷机 解： 1. 热力学第二定律的开尔文叙述 热机效率 §23.2 热力学第二定律 Qh W 高温热库T1 低温热库T2 吸热Qh 做功W 经过许多科学家为提高热机效率所做的努力最终仍不能制造出 热机的事实面前，科学家开始认识到，尽管该热机不违反热力学第一定律(能量守恒定律)，但却制造不出来，表明有些过程是不能实现的。 热力学第二定律的开尔文叙述： 一台热机经过一个循环过程,从热库吸收的热量全部用来完成等量的功而对外不产生影响是不可能的。 开尔文 第二类永动机不可能制成。 §23.2 热力学第二定律 2. 热力学第二定律的克劳修斯叙述 致冷系数 在热传递过程中，热量能自动地从高温物体流向低温物体，而相反方向的过程(尽管不违反能量守恒定律)决不会实现。这说明热传递的过程有个进行方向的问题。 §23.2 热力学第二定律 Qh Qc 高温热库T1 低温热库T2 工质 吸热Qc 放热Qh 热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自动地从低温物体流向高温物体。 §23.2 热力学第二定律 克劳修斯 §23.2 热力学第二定律 热力学第二定律的两种表述是等价的，可以证明： 1)违背开尔文表述的，也违背克劳修斯叙述； 2)违背克劳修斯表述的，也违背开尔文表述。 热力学第一定律说明在任何过程中，能量必须守恒； 热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程均能实现，自然界中出现的过程是有方向性的。 3. 热力学第二定律两种叙述的一致性叙述 4. 可逆过程和不可逆过程 可逆过程：系统从初态出发经历某一过程变到终态，如果能使系统进行逆向变化，从终态回复到初态，且当系统回复到初态时，外界也回复至原状，则原过程称为可逆过程。 与温度无关的，无机械能耗散的机械过程是可逆过程。 §23.2 热力学第二定律 不可逆过程：只能向一个方向进行的过程。 m 通过摩擦而使功变热 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 §23.2 热力学第二定律 气体的绝热自由膨胀 气体膨胀和压缩 p 外界压强总比系统大一无限小量，缓缓压缩；假如，外界压强总比系统小一 无限小量，缓缓膨胀。过程进行的十分缓慢，使得系统每一时刻的状态与平衡态只有一个无限小的差别，即是准静态过程 ，则这个过程可看成可逆过程。 §23.2 热力学第二定律 可逆过程是一个理想概念。 可逆过程一定是准静态过程，可以用状态参量图上的一