大学物理热力学基础2.教案详解.ppt

任一可逆循环，用一系列微小可逆卡诺循环代替。 2、任意可逆循环过程热温比： （1）有限个卡诺循环组成的可逆循环 （2）无限个卡诺循环组成的可逆循环 即：任一可逆循环，其热温比之和为零。 克劳修斯等式 P V A B c1 c2 表明热温比与路径无关，存在着一个新的态函数S，这个态函数S在始末两态A、B间的增量为一确定值。 (可逆过程) S ?理想气体的力学量与热学量对比： 状态量 过程量 关系 强度量 广延量 力学量 P V A PdV?dA 热学量 T Q 上述两个不等式在可逆过程取等号。 TdS ?dQ PdV ：是气体作功，dA： 是从活塞传出去的功。 在可逆过程中， PdV=dA。 说明： 1、熵是系统状态的单值函数，两个确定状态的熵变与过程无关。 2、熵是广延量（具有可加性），系统的熵变等于各部分熵变之和。 Pe P S 如：PdV?dA 三、可逆绝热过程，熵不变 绝热过程： dQ = 0，得 可逆过程： 熵不变 理想气体的四个最简过程： 等体、等压、等温、等熵。 ?理想气体的四个最基本的状态量： P、V、T、S，每取两个，可作一个状态图，其中PV图和TS图最重要。 例：用TS图证明卡诺热机效率。 T1 T2 S1 S2 S T a b c d Q2 Q1 如过程可逆，熵不变； 如过程不可逆，熵增加。 四 、 熵增加原理 由： 熵增加原理 对孤立系统（绝热）： 孤立系统中不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行，直至达到熵最大。 解：设在dt内，从A传到B的热量为dQ ，且在可逆的等温过程中进行。 绝热壁 A B dQ A的熵变： B的熵变： 系统总的熵变： TATB 例：热传导过程中的熵变。 热力学第二定律 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。 热力学过程的方向性 m （1）热功转换过程具有方向性。 通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的。 （热不能自动转化为功） （2）热传导的方向性 高温 低温 自动 热量是自动地从高温物体传到低温物体。 （热不能自动从低温物体传到高温物体） 。 （3）气体自由膨胀过程是有方向性的。 密度大 密度小 密度大 密度小 气体自动地向真空膨胀，而不能自动退回到膨胀前的容器中去。 注意：这里的方向性，是指它们存在一个自动的、 无条件的、自发的、勿须外界帮助而进行 的方向。而不是其反方向不能实现，只是 实现其反方向过程要产生“对外影响”。 满足热力学第一定律的过程未必都能实现。 对于实际过程是否能发生及沿什么方向进行，需要用到一个新的自然规律，即热力学第二定律。 一、 开尔文表述（1851 英国）： 不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量完全变成有用的功,而不产生其他影响。(从提高热机效率的角度考虑） Q A A Q2 Q1 × √ √ Q A 7—6 热力学第二定律 等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程. 1 2 W W 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D 卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化. 永 动 机 的 设 想 图 第一类永动机：不需要消耗外界提供的能量而不断对外作功的热机。违反热力学第一定律。 第二类永动机：从单一热源吸热，全部用来对外作功的热机。 × 虽然不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律。 （例如将海水温度降低1°用于发电？） 我们不能因噎废食。利用海表与海底的 温度差来发电是可行的。 利用余热来发电也是可行的。 只要使海水的温度降低0.01K，可使全世界所有机器工作1000多年 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。而不产生其他影响。 （从提高致冷机效率的角度） Q × √ √ Q2 Q1 A Q 二、克劳修斯表述（1850 德国）： 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 两种表述的一致性 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 三、可逆过程和不可逆过程 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,而不引起其他变化. 条件:过程无限缓慢,没有能量耗散。 1、可逆过程 ： 在不引起其他变化的条件下,不能使逆过程重复正过程的每一状态；或者虽然重复但必然会引起其他变化。 2、不可逆过程: 例1）不计阻力的单摆运动 单纯的无耗散的机械运动是可逆过程。 例2）功、热的转换---非可逆过程 高温热源