11热力学基本原理分析.ppt

* 热力学第一定律说明在一切热力学过程中，能量一定守恒。但事实证明，满足能量守恒的过程不一定都能实现。热力学第二定律是关于自然过程的方向规律，它决定了实际过程是否能够发生以及沿什么方向进行。 一、 可逆与不可逆过程 § 11.5 热力学第二定律 熵 1.热传导: 吃冰棍拔舌头、吃火锅烫舌头现象,说明热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的。 结论: 热量不能自动地由低温物体传向高温物体。 热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的。 热传递过程具有方向性。 * 2.功热转换 如图:重物自动下落,使叶片在水 中转动,和水相互摩擦可使水温升 高。这是机械能转变成内能的过 程(即功变热的过程)。但水温自 动降低,产生水流,推动叶片转动, 带动重物上升的自动转变为功热 过程,是不可能发生的。 结论：通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的。 通过摩擦使热变功的过程具有方向性。 * 3 .气体的绝热自由膨胀过程： 膨胀前 膨胀后 自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都涉及热 功转换或热传导，一切与热现象有关的实际宏观过程都是 不可逆的。 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 自然界的一切实际热力学过程都按一定方向进行,反 方向的逆过程不可能自动地进行。 绝热自由膨胀过程具有方向性。 * 4、可逆过程与不可逆过程 系统从某一状态A出发，经历了一系列中间状态后到达状态B，若存在一相反的过程，使系统从状态B出发沿着与原来过程相反的方向经历原来经历过的每一个中间状态回到A，同时，周围的一切也都恢复原状，完全消除了原来过程的一切影响，则该过程为可逆过程，否则为不可逆过程。 5、可逆过程的特征： 可逆过程必须是准静态的，以保证过程中的每一个中间态都是平衡态；过程中不能有耗散因素。 实际的热力学过程都是不可逆的！ * 例1. 单摆 无摩擦 ––– 可逆过程 有摩擦 ––– 不可逆过程 A B E * 2. 气体迅速膨胀与压缩为不可逆过程 迅速膨胀 迅速压缩 气体缓慢膨胀为可逆过程。 A A 无摩擦的准静态过程为可逆过程。 * A=Q1 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 Q1+Q2 高温热库T1 低温热库T2 各种自然的能实现的宏观过程的不可逆性是相互依存的。 例1、如果热可以自动转变成功，这将导致热可以自动从低温物体传向高温物体 。 6、 不可逆性的相互依存 →若功变热过程可逆，则热传导过程可逆！ 热机 卡诺制冷机 Q2 假想的自动传热机构 * A=Q1-Q2 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 Q2 Q2 高温热库T1 低温热库T2 A=Q1-Q2 假想的热自动变为功的机构 例2、如果热能自动从低温物体传向高温物体， →若热传导过程可逆，则热可以自动转变成功！ * →从单一热源吸热而没有产生其它影响，即功变热的过程将可逆！ A Q 气体可以自动复原 T1 A Q 复合过程 气体作等温膨胀 例3、若膨胀的气体可以自动收缩 * 2. 开尔文表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成功而不引起其它变化。 1. 克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 （1）若不是循环过程，从单一热库吸收热量全部转化为有用的功是完全可能的。如等温膨胀。但要伴随着其它的变化。 （2）人们把从单一热库吸热做功的热机称为第二类永动机。第二类永动机是不可能造成的。如从海洋吸收热全部变为功的热机不可能实现。 注意： 二、热力学第二定律的两种表述 自然界一切与热现象有关的宏观物理过程都是不可逆的。 * 高温热库T1 低温热库T2 A=Q1-Q2 违背了克劳修斯表述，也就违背了开尔文表述。 克劳修斯表述与开尔文表述是等价性的 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 Q2 Q2 A=Q1-Q2 卡诺制热机 * 高温热库T1 低温热库T2 A Q1 违背了开尔文表述，也就违背了克劳修表述。 Q2 Q1＋Q2 高温热库T1 低温热库T2 Q2 卡诺制冷机 * 开尔文表述说明 功 ? 热是不可逆过程 克劳修斯表述说明 热量传递是不可逆过程 热力学第二定律的实质： 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 * 功 ? 热 是大量分子规则运动的能量与无规则运动能量之间的转 换。从微观上看是大量分子的运动从有序状态向无序状 态的方向进行。 热传递 两物体温度不同 ，但还可以按平均动能的大小区分两 个物体，热平衡后我们连按平均动能也不能区分两物 体了，即大量分子运动的无序性(分子动能、分子速度 的大小)增加了。 热力学第二定律的微观本质 * 绝热自由膨胀 分子运动状态(指位置分布) 更加无序。 热力学第二定律得微观意义：一切与热现象有关的自 然宏观实际过程总是沿着无序性增大的方向进行。 *