第一章热力学的基本规律分析.ppt

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2016-08-01 发布于湖北
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第一章热力学的基本规律分析.ppt

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上一页下一页退出目录有人曾把熵增加原理不正确地外推应用于整个宇宙而得到宇宙“热寂”的荒谬结论。认为整个宇宙是一个孤立系。根据熵增加原理，宇宙的熵永不减少。宇宙中发生的任何不可逆过程都使宇宙的熵增加，将来总有一天宇宙的熵达到极大值，于是整个宇宙达到平衡状态，即所谓宇宙“热寂”状态。要使宇宙从平衡状态重新活动起来，只有靠外力的推动才行。这就为上帝创造世界提供了所谓“科学根据”。热寂论的荒谬,在于把整个宇宙当作热力学中所讨论的孤立系统。热力学第二定律是建立在有限的空间和时间所观察到的现象的基础上的。热力学中所讨论的孤立系并不是完全没有外界的东西,而是一种理想的、把外界影响消去了的物质系统。这和无所不包，完全没有外界存在的整个宇宙在本质上是不同的。它们不仅在数量上有巨大的差异，而且在性质上有根本的不同。因此把热力学定律外推应用于整个宇宙是没有根据的。宇宙是不断膨胀；引力使物质分布偏离均匀平衡态；宇宙瞬时可达最大熵的增长快于实际的熵增。 1.16 热力学第二定律的普遍表述三、对热寂说的批判及新的宇宙学说上一页下一页退出目录 1.17 熵增加原理的应用一、应用熵增加原理判定不可逆过程方向的方法： 1、划定绝热系或孤立系。 2、已知（或假设）过程进行的方向。 3、求联合系的熵变 ①、设计可逆过程求 ②、求出熵作为状态函数的形式 ③、由广延量特性： 4、应用熵增加原理。注意：克劳修斯积分不等式适用于循环，即针对工质，所以热量、功的正和负都以工质作为对象考虑。而熵增原理表达式适用于孤立系统，热量的方向以构成孤立系统的有关物体为对象，它们吸热为正，放热为负上一页下一页退出目录 1.17 熵增加原理的应用二、应用举例 [例1] 热量Q从热源T1传到热源T2 ，求熵变？解：设想热源T1将热量Q传给另一温度为T1的热源，在温度相同的物体间传递热量的过程是可逆的，由熵函数的定义知：热源的熵变：同理：热源T2的熵变：总的熵变等于两个热源熵变之和： ΔS = ΔS1 +ΔS2 = 讨论： 1、热源的热容量视为无穷大，因此传递热量不影响热源的温度。 2、因为在原来的直接传热过程与所设想的可逆过程前后，两个热源的变化是相同的（外间的变化显然不同），故所求的总的熵变就是原来的直接传热过程中两热源的熵变。 3、在原来的直接传热过程中，两个热源与外界是绝热的，则： ①、若T1=T2时， ΔS =0,此过程为绝热可逆的。 ②、若T1T2时， ΔS 0,此过程为绝热不可逆的。 ③、若T1T2时， ΔS 0,此过程为不可能发生的。上一页下一页退出目录 1.17 熵增加原理的应用 [例2] 将质量相同而温度分别为T1和T2的两杯水等压绝热地混合，求熵变？解：两杯水混合后的最终温度为（T1+T2）/2。设想有一系列彼此温差为无穷小的热源，其温度分布于T1到（T1+T2)/2和T2到（T1+T2)/2。令两杯水分别与这些热源接触以交换热量，在等压下，使水温分别由T1和T2变至（T1+T2)/2，由于温差为无穷小间的热交换过程是可逆的。因此两杯水的熵变分别为：总熵变为：讨论： 1、因为在原来两杯水直接混合的过程与所设想的可逆过程前后，两杯水的变化是相同的（外间的变化显然不同），故所求的总的熵变就是原来的直接混合过程中水的熵变。 2、在原来的直接混合过程中，两杯水与外界是绝热的，则： ①、若T1=T2时， ΔS =0,此过程为绝热可逆的。 ②、若T1≠T2时， ΔS 0,此过程为绝热不可逆的。上一页下一页退出目录 1.17 熵增加原理的应用 [例3] 设有一个温度为T的热源，一台热机循环工作时，只从该热源吸收热量，试用熵增加原理证明其不可能. [证] 将热源、热机看作一个大的孤立系热源的熵变为热机中的工质经历循环过程，故熵不变，即△S1=0，则大孤立系的熵变为该结果是违背熵增加原理的，因此是不可能的. 即从单一热源吸收热量，并全部用来做功而不产生其它影响是不可能的. [例4] 将1kg、100℃的水和1kg、0℃的水直接混合，试求其总熵变. T1 T2 Tf Tf [解] 首先确定末态的温度，根据热平衡方程可知Tf=(T1+T2)/2=323K 因为该过程为不可逆过程，且初态为两个均匀部分，所以需设计两个可逆过程，分别使100℃的水和0℃的水可逆地变到共同温度Tf. 设想在100℃和50℃之间有一系列外的温差无限小的热源，将100℃的水依次与373-dT、373-2dT、…的热源接触，将dQ的热量放给这些热源. 由于水和热源的温差无限小，放热过程无限缓慢，水内部各处温度均匀，放热过