第4章--热力学第二定律.ppt

4.6 可逆过程 可逆过程形成条件:准静态过程(平衡过程) +无摩擦(无耗散) 若每一步都可以在相反的方向进行而不引起外界 的任何其它变化，该过程为可逆过程。 对可逆过程,有一个重要的关于系统的熵的结论:孤立系统进行可逆过程时熵不变,即?S=0(孤立系统,可逆过程)这是因为在可逆过程中,系统总是处于平衡态,平衡态对应于热力学概率取极大值的状态. 孤立系统进行可逆过程时熵不变.?S=0 4.7 克劳修斯熵公式 （热力学熵） 例?mol单原子的理想气体,它的平衡态可用两个宏观量V和T来确定.我们可求得处于任意平衡态(V , T )时的熵S=S (V , T ) 为此先要求出? (V , T ) 而? (V , T ) = ?p ?v其中?p 是分子按位置分布的可能微观状态数, ?v是分子按速度分布的可能微观状态数 上式是单原子的理想气体在平衡态(V , T )时熵S的宏观表达式 求熵的微变 对于理想气体 对于理想气体可逆过程 * 第4章 热力学第二定律 4.1 自然过程的方向 不可逆过程:若用任何其它办法都不能使系统 和外界完全复原，该过程为不可逆过程。 1)功热转换 2)热传导 3)气体的绝热自由膨胀 实际发生的热力学过程都是不可逆的，热力学过程的一个重要特征是具有方向性。 典型的不可逆过程有: 例1:功热转换 (a)过程能实现 -------------------------------------------------------- TT0 T T0 A ?A (b)过程不能自动实现 -------------------------------------------------------- 降温T T0 例1:功热转换.外界做功使叶片在水中转动,和水相互摩擦而使水温升高.如图(a) 逆过程如图(b)遵从Q=A+?E能否实现? 结论:通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的. 热自动地转换为功的过程是不可能的. 热全部转变为功的过程是有的,如理想气体等温膨胀.在此过程中气体吸收的Q全部转变为功外,还引起了其它变化,表现为气体的体积增大了. 热自动地转换为功的过程是不可能的. 热变功的过程中,如果其唯一效果是热全部转变为功,该过程不可能实现. (a) Q2 Q2 高温热源T1 低温热源T2 (b) Q2 Q2 高温热源T1 低温热源T2 例2:热传导热量自动地由高温物体传向低温物体,使两物体温度相同达到热平衡.其逆过程不可实现. (c)致冷机 Q2 Q2 高温热源T1 低温热源T2 A (a)过程能实现 (b)过程不能自动实现 例3气体的绝热自由膨胀过程是不可逆的 (a)可实现 (b)不可自动实现 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 可逆过程形成条件： 准静态过程(平衡过程) ＋ 无摩擦无耗散。 可逆过程： 若每一步都可以在相反的方向进行而不引起外界 的任何其它变化，该过程为可逆过程。 热力学第二定律就是关于过程进行具有方向性的理论。 准静态(平衡态)加无摩擦无耗散。 4.2 不可逆性的相互依存 一种实际宏观过程的不可逆性保证了另一种过程的不可逆性. 热库T0 假想装置 -------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- TT0 热库T0 A=Q Q Q (a) (b) T T 图4,2 假想的自动传热机构 (a) Q1-Q2 A Q2 Q1 Q2 Q2=Q1-A 热库T1 热库T1 热库T2 热库T2 (b) A 假想装置 卡诺热机 图4.3 假想的热自动变为功的机构 ::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::::::::::::::::: ……………………………………………………… (c) (b) (a) A A T Q T T T (d) 图4.4 假想的热自动变为功的过程 (a)初态 (b)吸热做功 (c)自动收缩回复到初态 (d)总效果 以上例子说明各种宏观自然过程的不可逆性是互相依存的. 4.3 热力学第二定律及其微观意义 （1） 开尔文表述:(1851年) 不可能从单一热源吸收热量，使它完全转变为功，而不引起其他变化。 例如:等温膨胀 （2）克劳修斯表述：(1850年) 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 例如:致冷机 1）由热力学第二定律的开尔文表述 热机效率必须小于1。 与开尔文表述等价的另一表述是 “不可能制成第二类永动机”。 （第二类永动机即为单源热机）