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;一、自发过程的定义;2.不可逆性任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。;自发过程的特征;例(2)热量从高温物体传入低温物体;例(3)锌片与硫酸铜的置换反应;例(4)热功转换实验:热功转换的不等价性;例(5)浓度不等的溶液混合均匀是自发的;例如:;第二节热力学第二定律;;一、卡诺循环;(一)卡诺循环过程(卡诺循环组成);1mol理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步:;所作功如
BC曲线下
的阴影面
积所示。;环境对系统所作功如DC曲线下的面积所示;系统放热Q1给低温热源T1。;环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示。;整个循环:ΔU=Q+W=0,Q=-W;根据绝热可逆过程方程式;热机从高温热源吸热Q2,一部分转变功W,另一部分Q1传给低温热源。;二、热机效率(efficiencyofheatengine);1.可逆热机的效率与两热源的温度有关,两热源的温差越大,热机的效率越大;两热源的温差越小,热机的效率越低。;思考:欲提高卡诺热机效率,可增加两个热源的温差,若增加温差为ΔT,问是保持T1不变、升高T2有利,还是保持T2不变,降低T1有利?;;热泵的工作原理与致冷机相仿。;1.在同一高温热源和同一低温热源之间工作的任意热机,卡诺机的效率最大,否则将违反热力学第二定律。;第四节卡诺定理(Carnotlaw);反证法(ProofsbyContradiction);假设(1)任意热机ηi可逆热机ηr;假设(1)任意热机ηi可逆热机ηr;假设(1)任意热机ηi可逆热机ηr;证明:卡诺热机的效率与工作物质无关;证明:卡诺热机的效率与工作物质无关;;;1.任意可逆热机以理想气体为工作物质,;冷冻系数;根据热力学第一定律和卡诺循环;结论:卡诺循环中,过程的热温商之和等于零。;对于任意可逆循环,可以看成是由许多无限多个小的卡诺循环组成。如图所示。每个小的卡诺循环的热源为T1,T2;T3,T4;T5,T6…………,每个小的卡诺循环的热温商的加和为零,因此总的可逆循环的热温商加和必然为零。;;用一闭合曲线代表任意可逆循环。;说明任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态,而与可逆途径无关。具有这种性质的量只能是与系统某一状态函数的变量相对应。;设始、终态A,B的熵分别为SA和SB,则:;二、克劳修斯不等式;或;或;或;对微小过程:;在可逆过程中;对于绝热系统:;自发过程为不可逆过程,但不可逆过程可能是自发过程,也可能是非自发过程。;对于孤立系统, ,所以Clausius不等式为;熵增加原理可表述为:孤立系统中自发过程的方向总是朝着熵值增大的方向进行,直到在该条件下系统熵值达到最大为止,此时孤立系统达平衡态。;方法:将与系统密切相关的环境包括在一起,
构成一个孤立系统。;熵的特点总结:;熵的特点总结:;1.请分析经这两种过程,是否可达同一终态?;;熵是状态函数,其变化只与始终态有关,与过程无关。无论过程是否可逆,从状态A→B,有;按熵的定义计算;对理想气体:;根据理想气体状态方程:;若p1p2,则△S0,因此S低压S高压。(温度相同,摩尔数相同的理想气体在低压时熵大于高压;或者可言体积越大,熵值越大。);
;当P2=P1时,公式(2-21)简化如下(即理想气体等压膨胀或压缩时的熵变);当V2=V1时,公式(2-20)简化如下(即理想气体等容变化的熵变);例1mol理想气体,300K下,100kPa膨胀至10kPa,计算过程的熵变,并判断过程的可逆性,(1)pe=10kPa,(2)pe=0。;结论:(1)、(2)两个过程都是不可逆过程,
且(2)的不可逆程度比(1)大。;例2-21molHe从300K、1000kPa反抗外压10kPa绝热膨胀至平衡,假设He气是理想气体。计算过程的熵变,并判断过程的可逆性;理想气体在等温等压混合;例设在273K时,用一隔板将容器分割为两部分,一边装有0?2mol、100kPa的O2,另一边是0?8mol、100kPa的N2,抽去隔板后,两气体混合均匀,试求混合熵,并判断过程的可逆性。;例3:在273K时,将一个的盒子用隔板一分为二,;例3:在273K时,将一个的盒子用隔板一分为二,;熵是温度的函数,温度变化时系统熵也随之变化。;2.等压变温:;例2-41molH2O(l)于100kPa,自298K升温至323K,已知CP=75.29J/(K.mol),求下列过程系统和环境的熵变,并判断过程的可逆性。(1)热源温度为973K(2)热源温度为373K。;(2)系统始终态与(1)相同,Δ
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