张璞扬热学ppt-3讲述.ppt

1、克劳修斯不等式 根据卡诺定理，工作于温度为 的两个热源之间的任何不可逆热机，其效率为 撤去绝对值符号，则 由以上三个不可逆过程可知，熵变都大于零。 克劳修斯不等式可以推广到系统与n个热源相接触所进行的一般不可逆循环过程 一般情况下，系统所进行的过程都可看作是与无穷多热源相接触，故上式求和可推广为积分 －克劳修斯不等式 2、 熵增加原理 如图，假定不循环过程中aⅠb 部分为不可逆的非准静态过程，而 bⅡa为可逆的准静态过程，则 A B p V I II 第三章 热力学第二定律与熵 1、自然过程的方向性-----不可逆性 2、热力学第二定律 3、卡诺定理与热力学温标 4、克劳修斯等式和熵 5、克劳修斯不等式和熵增加原理 目 录 热力学笫一定律表明，自然界所发生的一切与热现象有关的 过程都必须遵从能量守恒定律。但是，满足热力学笫一定律的 过程是否都一定能实现呢? 大量事实表明，自然界中许多过程，虽然不违背热力学笫一 定律，但不会自动地发生。就是说，自然界中自发发生的过程 （自然过程）都具有方向性。 一、自然过程的方向性－不可逆性 1. 功热转换 功热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； 唯一效果是热全部转化为功的过程是不可能的. 2. 热传导 热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的, 热量不能自动地由低温物体传向高温物体. 3. 气体的绝热自由膨胀 气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。 自发过程的共性: 对于孤立系统，过程自发进行的方向总是从非平衡态到平 衡态，而不可能在没有外来作用下，自发地从平衡态过渡到非 平衡态。 自然界中的所有现象按其过程进行的方向可以分为两类. 一个热力学系统由一个状态出发，经过一个过程达到另 一个状态，如果存在另一过程或某种方法，可以使系统和外 界都恢复到原来的状态，则这样的过程称为可逆过程。如无 摩擦的准静态过程、卡诺循环过程等. 可逆过程: 在不引起其它变化的条件下, 不能使系统和外界都完全复原,则这样的过程称为不可逆过程. 不可逆过程： 非平衡态到平衡态的过程是不可逆的;一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 1、热力学第二定律的经典表述 二、热力学第二定律 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化. 克劳修斯叙述(热传导的不可逆性): 不可能制造出这样一种循环工作的热机, 它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响. 开尔文叙述(功变热的不可逆性): 热力学第二定律的实质在于,它指出了一切与热现象有关的 实际自发过程都是不可逆的，揭示了实际宏观过程进行的条件 和方向. 所有宏观不可逆过程相互关联, 相互等价. 假设: 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. T W T0 T Q T T0 T Q 等效 2, 两种表述的等价性 热传导的不可逆性 功变热的不可逆性 假设: 热可以自动从低温物体传向高温物体, 这将导致热可 以自动转变成功. Q2 Q2 Q2 Q1 T1热源 T2热源 W T1热源 W Q1- Q2 T2热源 等效 绝热自由膨胀的不可逆性 假设: 热可以自动转变成功, 这将导致气体可以自动压缩. W T0 Q T0 Q TT0 等效 TT0 Q 功变热的不可逆性 假设: 气体可以自动压缩, 这将导致热可以自动转变成功. 自动压缩 T W T T 等效 W T 热可以自动转变成功 ? 实际热过程之间存在着深刻的内在联系，由一个热过程 的不可逆性可以推断出其它热过程的不可逆性。 思考：为什么等温线与绝热线只能有一个交点? 1824年法国工程师卡诺提出了卡诺定理: 三、卡诺定理与热力学温标 1、卡诺定理---热力学笫二定律的必然结果 (1)在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关. ? 若一可逆热机在某一热源处吸热，并在另一热源处放热从 而对外作功，那么这可逆热机就是卡诺热机,即是一个抽象的 理想热机模型。 (2)在相同的高温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。 根据热力学笫二定律的开尔文 表述，这联循环对外所作的功一定 不能大于零。 证明：设有甲、乙两部可逆热机 （右上图）. 甲 乙 甲 乙 以 分别表示甲、乙两热 机的效率，则