八单元热力学基础02节.ppt

例7． “理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的 热量全部用来对外作功．”对此说法，有如下几种 评论，哪种是正确的？ （Ａ）不违反热力学第一定律， 但违反热力学第二定律． （Ｂ）不违反热力学第二定律， 但违反热力学第一定律． （Ｃ）不违反热力学第一定律， 也不违反热力学第二定律． （Ｄ）违反热力学第一定律， 也违反热力学第二定律． （Ｃ） 例8． 根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的? （Ａ）热量能从高温物体传到低温物体，但 不能从低温物体传到高温物体． （Ｂ）功可以全部变为热，但热不能全部变为功． （Ｃ）气体能够自由膨胀，但不能自动收缩． （Ｄ）有规则运动的能量能够变为无规则运动的 能量，但无规则运动的能量不能变为有规则运动的 能量． （Ｃ） 例9． 根据热力学第二定律可知： （Ａ）功可以全部转换为热，但热不能全部 转换为功． （Ｂ）热可以从高温物体传到低温物体， 但不能从低温物体传到高温物体 （Ｃ）不可逆过程就是不能向相反方向进行 的过程． （Ｄ）一切自发过程都是不可逆的． （Ｄ） 例6． 热力学第二定律表明： （Ａ）不可能从单一热源吸收热量使之全部 变为有用的功． （Ｂ）在一个可逆过程中，工作物质净吸热 等于对外作的功． （Ｃ）摩擦生热的过程是不可逆的． （Ｄ）热量不可能从温度低的物体传到温度 高的物体． （Ｃ） 一、克劳修斯不等式 克劳修斯在1854年指出:对于一个热力学系 统所经历的任意循环过程均满足关系式 式中:dQ为系统从温度为T 的热源中吸收的 热量，dQ/T 称为热温比；等号适用于可逆循环 的过程，不等号适用于不可逆循环过程。 ----克劳修斯不等式 8.7 热力学熵 熵增加原理 克劳修斯不等式的证明 系统 T1 T2 Tn T0 卡诺循环 T0 如果过程是可逆的，则可令其过程反方向 进行，式中所有的 均变为 ，则: 所以对可逆循环过程有: 当相邻的热源温差很小时，极限情况下不 等式为: ----克劳修斯不等式 二、热力学熵 对于可逆循环有: 如图 在可逆过程中，系统从状态A改变到状态B， 其热温比的积分只决定于始末状态，而与过程无 关，据此可知热温比的积分是一态函数的增量， 定义此态函数为熵(S)。 根据熵的定义可知，可逆过程的熵变为: 不可逆过程的熵变 A1B--不可逆过程 B2A--可逆过程 所以，对不可逆过程有: 熵变的计算 可逆过程的熵变: 不可逆过程的熵变: 在始末状态之间假设 一个可逆过程求出熵变，与不可逆过程的熵变 相同； 系统分为几部分，则各部分的熵变之和为 系统的熵变。 气体自由膨胀过程的熵变 绝热壁 气体 真空 在此过程中，系统吸热: 作功: 根据热力学第一定律，有: 始末状态 初态: 末态: 假设系统经过一个等温过程，有1态变化到 2态，则熵变为: 热传导中的熵变 热量从高温热源T1，自动传给低温热源T2， 该过程中的熵变。在热传导过程中，两物体的 温度都在变化，高温热源温度降低，低温热源 温度升高，最后温度相同，达到平衡。 若在短时间内有热量dQ从高温热源传给低 温热源，则熵变为: 对高温热源: 对低温热源: 系统熵变: 三、熵增加原理 在孤立系统中，可逆过程熵不变；不可逆 过程熵增加----熵增加原理。 即孤立系统中: 可逆过程 不可逆过程 熵增加原理被认为是热力学第二定律的数 学表述 四、卡诺定理 1、在相同的高温热源和低温热源之间工 作的一切可逆热机都具有相同的效率； 2、工作在相同的高温热源和体温热源之 间的一切不可逆热机的工作效率都不可能大于 可逆热机的工作效率，即: 式中，?---可逆热机工作效率， ? ?---不可 逆热机工作效率 卡诺定理的证明 如图，把高温热源、低温热源和工作物质 视为一个复合系统，经过一个循环过程后，工 作物质的状态复原，其熵不变，所以系统熵变 为: T1 T2 Q1 Q2 W 热机效率为: ----卡诺定理成立 一、热力学第二定律的实质 1. 开尔文表述的实质指出了功变热过程的不可逆性。 2. 克劳修斯表述的实质指出了热传递过程的不可逆性。 应用热力学第二定律还可以证明其它与热现象有关的宏观过程的不可逆性。所以,热力学第二定律