大连理工大学 物理化学 热力学第一、第二、第三定律.pptVIP

*热功转换中热不可能全部转化为功而不引起任何其它变化，那么，在一定条件下，最多可有多大比例转变为功？亦即热转换为功的限度是多大？1824年法国工程师卡诺（carnot）设计了一种在两个热源间工作的理想热机，这种热机工作时由两个恒温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程，这种循环称为卡诺循环，这种热机称为卡诺热机。假设有两个热源，其热容均为无限大，一个具有较高的温度为T1，另一个具有较低为T2。今有一气箱，其中含有1mol理想气体为工作物质，气箱上有一无摩擦无重量的活塞，以便进行可逆过程，将此气箱与T1接触，此时气体的T=T1,压力体积分别为PA,VA.这是体系的始态。*(2)卡诺循环过程AB：(i)由式(iii),（iv）有CD： (ii)BC： ,(iii)DA： (iv)所以 （v）由式(1-58)及(i)，(v)得（1-59）（1-58）T2T1Q1Q2A(pA,VA,T1)B(pB,VB,T1)D(pD,VD,T2)C(pC,VC,T2){V}{p}????图1-8以理想气体为工质的卡诺循环*结论：理想气体卡诺热机的效率η只与两个热源的温度(T1，T2）有关，温差愈大，η愈大。由式(1-59），得（1-60）(1-59）(2)卡诺循环T2T1Q1Q2A(pA,VA,T1)B(pB,VB,T1)D(pD,VD,T2)C(pC,VC,T2){V}{p}????图1-8以理想气体为工质的卡诺循环此式的含义是：卡诺热机在两个热源T1及T2之间工作时，两个热源的热温商（Q1/T1，Q2/T2）之和为零。*卡诺定理：⒈所有工作在两个一定温度之间的热机，以可逆热机的效率最大。否则将违反热力学第二定律。（1-61）由卡诺定理，可得到推论：由式(1-59）及(1-62），有 (3)卡诺定理:可逆热机不可逆热机02211≤+TQTQ（1-63）)()(121号可逆热机号不可逆热机=-≤TTTh（1-62）*⒉卡诺机的热效率只与两个热源的温度有关，而与工作物质无关，否则将违反热力学第二定律。要证明上述定理，所用的是逻辑推理的反证法，现以第一条定理为例，证明如下：T1IRQ2Q1’Q2Q2Q1Q1W’WW在两个热源T2，T1之间有一个卡诺机R，另外有一个任意热机I（见右图）。假定热机I比热机R的效率大。那么，同样从热源T2吸收了Q2的热时，热机I所作的功W’将大于热机R所作的功W，即W’＞W。根据能量守恒原则，可得Q1’＜Q1。现在我们将这两个热机联合起来十它们这样工作：用热机I从热源T2吸热Q2焦耳并作出W’焦耳的功，同时放出Q1’焦耳给低温热源T1；然后从这W’焦耳T2功中取出一部分--W焦耳对热机R作功驱动其反转，此时可逆热机R就能从低温热源T1取出Q1焦耳的热，同时有Q2焦耳的热流入高温热源T2。联合溽热机工作的总结果是：高温热源T2没有任何变化；*低温热源T1损失了Q1-Q1’热，环境得到了W’-W功。因为Q2=W+Q1=W’+Q1’所以：W’-W=Q1-Q1’因此，低温热源T1所少掉的热全部变成了功。除此之外，没有任何其它边哈。这表明联合热机是一部第二类永动机，而第二类永动机是不可能造成的，所以原假设条件是错误的，结论是：任意热机I的效率不可能比可逆卡诺机的效率高。用同样的方法可证明卡诺定理的第二条。*3.熵及熵判据(1)熵的定义将式