15-5,6,7热力学基础.ppt

一、自发过程的方向性 凡符合热一律的过程---即符合能量守恒的过程式是否都能实现呢？ 自然过程：自然界中按一定方向进行的不可逆过程 1、功热转换 摩擦生热(功变热)是自动地进行的;反之不然. 2.热传导 热量是自动地从高温物体传到低温物体;反之不然. 3.气体的绝热自由膨胀 气体自动地向真空膨胀;反之不然. 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。 §15-5 热力学第二定律 实际过程都是按一定的方向进行的，是不可逆的。相反方向的过程不能自动地发生，如果发生，则必然会产生其他后果。 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 结论 二、热力学第二定律的两种语言表述 2、开尔文表述（1851年） 不可能制成一种循环动作的热机，它只从一个从单一热源吸取热量，并使之完全变成有用的功而不引起其他变化。（唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的） 1、克劳修斯表述（1850年） 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 热力学第二定律是关于自然过程方向的一 条基本的、普遍的定律， 定律层次更深的规律。 它是较热力学第一 （1）功可以全部变为热。热量不能通过一个循环过程全部变为功 （2）热量可以从高温自动传向低温。热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 说明： （3）历史上把能从单一热源吸取热量并完全变为功的热机（效率等于100%）称为“第二类永动机” 开氏表述又可表为： 第二类永动机不可能制成。 假定: 功变热的不可逆性消失, 热量可自动地通过某种假想装置全部转变为功. *两种表述的等价性 热库T0 TT0 由温度为T0 的热库吸热Q全部转化为功A，并用于转动叶片使温度为T(T0)的水升温——热量由低温物体传向了高温物体！ 若热量能毫无代价地由低温物体传向了高温物体！则热机效率就能达到百分之百! 高温热源T1 低温热源T2 Q1 Q2 A *三、可逆过程和不可逆过程 系统经过程P从状态A变化到状态B; 若存在逆向过程，从状态B回复到初状态A，且同时外界完全复原，过程P就称为可逆过程。(系统和外界双复原) 如系统不能回复到初态A，或虽能回复到初态A，但外界不能复原，过程P称为不可逆过程。(系统和外界单复原或不能复原) 可逆机：能产生可逆循环过程的机器。 不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。 开氏表述：热功转换过程是不可逆过程。 克氏表述：热传导过程是不可逆过程。 都具等效性、都可作定律表述 都是不可逆过程 “热二”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过程。 宏观过程： 不同类气体的混合 溶质在溶剂中溶解 电流在导体中产生热效应 消除了摩擦等耗散因素的准静态过程才是可逆过程。 （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 （2）在相同的高温热源和相同的低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。 *卡诺定理 p V O 绝热线 等温线 卡诺定理： i T1i T2i 又 (1) (2) 将任意可逆循环可分成 n 个小卡诺循环分析。 * 一、克劳修斯熵公式 讨论一个任意的可逆循环： p V O §15-6 熵和墒增加原理 由(1) (2)： 循环： 即： 存在一个与过程无关的状态量 类比保守力和势能 p V O 绝热线 等温线 p V O 类比保守力和势能 ——克劳修斯熵公式 V p R1 R2 O 1 2 ? ? 可逆绝热过程是等熵过程！ 例：设1摩尔理想气体作绝热自由膨胀，最初其体积为V1，膨胀后的体积为V2，求过程的熵变。 解： V2 V1 设想气体的膨胀在可逆的等温过程下进行。 此绝热自由膨胀过程熵增加，故为不可逆过程。 二、墒增加原理 —热力学第二定律的另一种表述 在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，平衡态对应于熵最大的状态。 对1L2R1的循环过程中，虚线为不可逆过程，实际线为可逆过程，根据克劳修斯不等式 V p L R O 1 2 ? ? 以气体自由膨胀为例分析。 一箱子，中间用隔板分成A、B两室，若A室中有大量粒子而B室中没有一个粒子。一旦把隔板抽走，则A室中的粒子会扩散到B室中，最后达到平衡态。再想回到开始的情况是不可能的，即时间上不可逆。如何解释这个现象？ §15-7 热力学第二定律的统计意义 1.自然过程方向性的微观分析 1 4 1/16 4/16 微观状态 宏观状态 微观态数 概率 6 4 1 6/16 4/16 1/16 微观状态 宏