Chapter-6-热力学基础.ppt

* 有一个故事说，能够到达金字塔顶端的只有两种动物，一是雄鹰，靠自己的天赋和翅膀飞了上去。我们这儿有很多雄鹰式的人物，很多同学学习不需要太努力就能达到高峰。有很多同学身上充满了天赋，不需要学习就有这样的才能。所以，有天赋的人就像雄鹰。但是，大家也都知道，有另外一种动物，也到了金字塔的顶端。那就是蜗牛。蜗牛肯定只能是爬上去。从低下爬到上面可能要一个月、两个月，甚至一年、两年。在金字塔顶端，人们确实找到了蜗牛的痕迹。我相信蜗牛绝对不会一帆风顺地爬上去，一定会掉下来、再爬、掉下来、再爬。但是，蜗牛只要爬到金字塔顶端，它眼中所看到的世界，它收获的成就，跟雄鹰是一模一样的。所以，也许我们在座的同学有的是雄鹰，有的是蜗牛。有的是牛也许还没有爬到金字塔的顶端。但是只要你在爬，就足以给自己留下令生命感动的日子。 * 非自发传热 自发传热 高温物体 低温物体 热传导 热功转换 完全 功 不完全 热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 . 热力学第二定律的实质 无序 有序 自发 非均匀、非平衡 均匀、平衡 自发 * (1) 在相同高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机都具有相同的效率 . 三 卡诺定理 (2) 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率 . * 以卡诺机为例，有 ( 不可逆机 ) （可逆机） ≤ * * 熵 可逆卡诺机 一 熵 如何判断孤立系统中过程进行的方向？ 1 熵概念的引入 * 结论 ：可逆卡诺循环中，热温比总和为零 . 热温比 等温过程中吸收或放出的热量与热源温度之比 . 任意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成. * 一微小可逆卡诺循环 对所有微小循环求和 时，则 结论 : 对任一可逆循环过程，热温比之和为零 . * 2 熵是态函数 可逆过程 A B C D 可逆过程 * 在可逆过程中，系统从状态A变化到状态B ，其热温比的积分只决定于初末状态而与过程无关. 可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称为熵(符号为S）. 热力学系统从初态 A 变化到末态 B ，系统熵的增量等于初态 A 和末态 B 之间任意一可逆过程热温比（ ）的积分. 物理意义 * 无限小可逆过程 熵的单位 可逆过程 * 二 熵变的计算 （1）熵是态函数，与过程无关. 因此, 可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变 . （2）当系统分为几个部分时， 各部分的熵变之和等于系统的熵变 . * 例1 计算不同温度液体混合后的熵变 . 质量为0.30 kg、温度为 的水，与质量为 0.70 kg、 温度为 的水混合后，最后达到平衡状态. 试求水的熵变. 设整个系统与外界间无能量传递 . 解 系统为孤立系统，混合是不可逆的等压过程. 为计算熵变，可假设一可逆等压混合过程. * 设平衡时水温为 ，水的定压比热容为 由能量守恒得 * 各部分热水的熵变 * 绝热壁 例2 求热传导中的熵变. 设在微小时间 内，从 A 传到 B 的热量为 . * 同样，此孤立系统中不可逆过程熵亦是增加的 . * 三 熵增加原理： 孤立系统中的熵永不减少. 孤立系统不可逆过程 孤立系统可逆过程 孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加 . ≥ * 平衡态 A 平衡态 B （熵不变） 可逆过程 非平衡态 平衡态（熵增加） 不可逆过程 自发过程 熵增加原理成立的条件: 孤立系统或绝热过程. 熵增加原理的应用 ：给出自发过程进行方向的判据 . * 热力学第二定律亦可表述为 ：一切自发过程总是向着熵增加的方向进行 . 四 熵增加原理与热力学第二定律 * 证明 理想气体绝热自由膨胀过程是不可逆的 . * 在态1和态2之间假设一可逆等温膨胀过程 不可逆 1 2 * 无序 有序 热功转换 完全 功 不完全 热 热力学第二定律的实质：自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 . 一 熵与无序 * 补充： 非自发传热 自发传热 高温物体 低温物体 热传导 非均匀、非平衡 均匀、平衡 扩散过程 自发 外力压缩 * 不可逆过程的本质 系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行