高等工程热力学电子教案(A).pptVIP

2.5 状态参数熵 第二定律有多种表述，各种表述是等效的，最根本是告诉我们，所有热过程都是不可逆的，它们的发展是有方向性的。当然，不同的热过程有不同的可逆性，但不同的可逆性不是孤立的，彼此是相互联系的，它们有共同的本质特征。因此，可用同一物理量描述这一本质特征，这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数，是一个状态参数。 熵是一个状态参数 由卡诺定理，知道可逆热机效率 显然有： 或 在这个式子的计算中，我们已取了ＱＬ的绝对值，考虑放热为负后，则有： 亦即 上式是对卡诺循环的结果,对任意循环怎样? 卡诺循环是两条等温线，两条绝热线组成，只有在等温过程才有传热。 对任意过程组成的循环而言，可用无数条可逆绝热线把该循环分割成无数个微元卡诺循环，对任意微元卡诺循环(abcd),都有 把所有微元加起来，即　 亦即： 从而 可知 的积分与路径无关，那么 一定为某状态参数，令 Ｓ取名为熵 注意上述的讨论是对可逆过程，所以 kJ/K, J/K (下标re代表可逆) 比熵为： 　　 （kJ/kg?K, J/kg?K） 或逆过程的熵变： 　 　　　　　　 2.6 不可逆过程的熵变、熵流和熵产 利用第二定律对热过程方向性的分析和研究，在很多情况下，是利用状态参数熵进行的。熵的本质（不可逆性）是“系统混乱度的量度” 熵是过程不可逆性的标志！ 为什么可以用熵来作为不可逆性的标志呢？这是在把可逆过程与不可逆过程比较后发现的，可逆过程时熵变为零，不可逆过程时熵变不为零，熵变越大（熵增加），过程不可逆性越大。 卡诺循环与熵的引进 引进熵时，利用了可逆卡诺循环的效率公式，在那里指出,对任意可逆循环 这时称 为熵 对如图所示的不可逆过程,可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。 可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。 对每个不可逆循环，卡诺定理指出，其效率η小于同限温差下的卡诺循环效率：即 再考虑系统吸热为负，则可化成 综合全部微元，则有 （等号对应可逆过程）这就是著名的克劳修斯不等式 熵在上面的定义中， 那么，这里的不可逆过程中的 与dS有什么关系呢？ 设有如右图所示的不可逆过程１Ａ２Ｃ１： 其中过程１－Ａ－２为不可逆过程 ２－Ｃ－１为可逆过程 另假设有一路径１－Ｂ－２是可逆过程，那么根据上述分析得： ∴由上两式可得： 由于１－Ｂ－２为可逆过程，按熵的定义: １状态变化到２状态时: 所以 : 但熵是一个状态参数，变化只与初终态有关，对上面的１－Ａ－２或１－Ｂ－２均有 对可逆过程可以用 计算熵变 因此，要计算从某初态到终态任何不可逆过程的熵变，只需在初终态间选择任意可逆过程，而利用已选择的可逆过程的来计算——这是最一般的方法。 亦即 熵变 一部分是由与外界热交换引起的,为 ，可正可负，称为熵流，记为dＳf。另一部分是由不可逆因素引起的，称为熵产dＳg，（恒为正） 即：dＳ=dＳf+dＳg dＳf是传热引起的，可以大于０，小于０，等于０；dＳg是由不可逆性引起的，只能大于零。∴dＳg≥０。不可逆性越大，dＳg越大。 各种不可逆因素不是独立的，第二定律有不同的形式，从这里知道，不可逆性的实质是相同的，均可用dＳg表示。所以熵产是所有不可逆性大小的共同量度。 2.7 孤立系统的熵增原理（isolated system） 孤立系与外界无任何能量与物质交换，即dQ=0 熵流等于零。 于是孤立系的熵变：dＳiso= dＳg≥０ 也就是说，对任一热力过程△Ｓiso≥０ 熵增原理——孤立系统的永不减小（可逆时熵变＝０，不可逆时熵变＞０） 有了熵增原理，就可用之分析热过程的方向，如果某过程是使孤立系的熵增加了，则过程可行，使熵减少了，则不可行。 如果要使熵减少了的过程仍然可行，必须进行补偿，补偿的最少也要使熵变为零。 熵增原理，可以推广到社会科学领域，普利高津→城市学、经济学、生物学等领域。 孤立系统熵增原理表述 孤立系统经历状态变化时总能量保持不变，而系统的熵值增大，至少要保持不变，永远不可能减小。这一结论被称为孤立系统的熵增原理。 孤立系统熵增原理是人类对物质世界客观规律认识的总结，虽然对它只能给予经验的证明，但其正确性却可以从它符合客观事实的推论得以验证。 自发过程进行的方向和限度