第章热力学基础.ppt

卡诺正循环效率 卡诺逆循环效率 图中两卡诺循环 吗 ？ * 14.6 热力学第二定律 卡诺定理 一、热力学过程的方向性 自然界中发生的一切过程必须遵守热力学第一定律 满足热力学第一定律的过程是否都能实现 不一定 1. 功热转换： 热自动的全部转换为功 不可能 2. 热传导： 热量自动从低温物体传到高温物体 不可能 3. 气体的绝热自由膨胀： 气体绝热自由收缩 不可能 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 热转化为功是有限度的、有条件的； 功转化为热却是自发的、无条件地进行； 说明功和热有本质的区别！ 二、可逆过程与不可逆过程 一个过程，如果每一步都可以沿相反的方向进行而不引起外界的任何其他变化，该过程为可逆过程。 用任何方法都不能使系统和外界同时恢复原来状态的过程是不可逆过程。 系统 例1、不计阻力的单摆运动 单纯的无耗散（无摩擦）的机械运动是可逆过程。 例2、分析理想气体等温膨胀的可逆性 1、无摩擦、准静态（无限缓慢） 等温膨胀时： 等温压缩时： 无摩擦、准静态过程是可逆过程 2、有摩擦、准静态 等温膨胀时： 等温压缩时： 有摩擦、准静态过程是不可逆过程 3、非静态过程（迅速膨胀） P1P2， |A1||A2|， P2?V—P1?V0 P1 A1 P2 A2 密度小 密度大 非静态过程是不可逆过程 1、一切自发过程都是不可逆过程。 2、准静态过程+无磨擦的过程是可逆过程。 结论： （过程“无限缓慢”） 3、一切实际过程都是不可逆过程。因为一切实 际过程都有磨擦。 可逆过程是理想化的过程。 可逆循环：由可逆过程组成的循环 可逆热机：能实现可逆循环的热机 卡诺循环是一个可逆循环 三、热力学第二定律 宏观表述 （1）克劳修斯表述： （2）开尔文表述： 这种循环可能实现吗？ p V T1 1 2 Q1 等温吸热 绝热压缩 （以理想气体为例） 热机必须循环动作， 这就至少要有两个温度不同的热源。 为什么？ 不可能把热量从低温物体传向高温物体而不产生其它变化 “热量不能自动地从低温物体传向高温物体” “热全部转变为功的过程是不可能的” 不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用的功而不引起其它变化 两种表述是等价的 另：第二类永动机是不可能制造成的 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 实质: 四、卡诺定理 ( 不可逆机 ) （可逆机） 以卡诺机为例，有 只与温度有关，与工作物质无关。 1） 在相同高温热源和低温热源之间工作的任 意工作物质的可逆机都具有相同的效率 . 2）工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率 . 例.设某热机循环吸热QH （TH=2000K），放热QL（ TL=300K） 试确定在下列条件下热机是可逆，不可逆或不可能的。 (1) QH=1000J，A=900J； (2) QH=2000J，QL=300J； (3) A=1500J，QL=500J。 解： (1) 不可能。 (2) 理想可逆热机。 (3) 不可逆热机。 根据卡诺定理，一切可逆热机的效率 均用 Q1 表示系统从外界吸热， 则 Q2（放热）表示为 -Q2（吸热） 所以 热温比 （Clausius,1822-1888） 14.7 熵 一、熵的概念 任意可逆循环(准静态、无摩擦) p V 克劳修斯等式 任一可逆循环，可以看作由无数个很小的卡诺循环组成。 克劳修斯熵 S为状态函数 克劳修斯熵！ 对沿1 2的任一可逆过程 熵差只和始、末两平衡态有关，与过程无关 热力学基本微分方程 对任意不可逆循环 对不可逆卡诺循环 克劳修斯不等式 设不可逆循环 1 2 2 1 d为不可逆过程 c为可逆过程 则 (d) (c) (d) (c) 所以 (d） (c) （不可逆） （可逆） （不可逆） 克劳修斯不等式 对任意不可逆循环 设不可逆循环 1 2 2 1 d为不可逆过程 c为可逆过程 则 (d) (c) (d) (c) （不可逆） （可逆） （不可逆） （可逆） 所以 (d） (c) （不可逆） （可逆） （不可逆） 任一可逆循环 克劳修斯不等式 结论： （任意系统可逆过程） 对于孤立系统、一切过程： 任意系统、可逆过程： 由热力学第一定律 热力学基本方程 二、熵增加原理 三、能量的退化 熵恒增=能贬值(能‘质’的衰退) 一个孤立系统，在发生了任何实际过程之后， 按照第一定律，其能量的总值保持不变； 按照第二定律，其熵的总值恒增。 热量Q从热库T1传导热库T2的熵： T1 T0 T2 Q AC Q AD Q C D 不可逆过