热力学基础--课件

1ppt课件 第六章第六章 热力学基础热力学基础6-1 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵2ppt课件 一、热力学第零定律一、热力学第零定律 如果物体如果物体A A和物体和物体B B 热接触而处于热平衡，热接触而处于热平衡，另有物体另有物体C C和此物体和此物体B B热接触也处于热平衡，那么，热接触也处于热平衡，那么，物体物体A A和物体和物体C C热接触就必定也处于热平衡。热接触就必定也处于热平衡。二、二、热力学过程热力学过程 热力学系统从一个平衡态过渡到另一个平衡热力学系统从一个平衡态过渡到另一个平衡态所经过的变化历程就称为态所经过的变化历程就称为热力学过程。热力学过程。准静态过程：准静态过程：在过程中每一时刻，系统都处于平在过程中每一时刻，系统都处于平 衡态，这是一种理想过程。衡态，这是一种理想过程。6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律3ppt课件例：系统（初始温度例：系统（初始温度 T1）从外界吸热从外界吸热从从 T1 到到 T2 是准静态过程是准静态过程 因为状态图中任何一点都代表系统的一个平衡态，因为状态图中任何一点都代表系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如故准静态过程可以用系统的状态图，如p-V图（或图（或p-T图图，V-T图）中一条曲线表示图）中一条曲线表示,反之亦如此。反之亦如此。系统系统T1T1+TT1+2 TT1+3 TT24ppt课件 准静态过程（状态准静态过程（状态1 1到状态到状态2 2）气体对外界作功为气体对外界作功为1.1.气体体积变化所作的功气体体积变化所作的功u气体对外界作元功为气体对外界作元功为以气体膨胀过程为例以气体膨胀过程为例三、功三、功 热量热量 内能内能Vp125ppt课件系统对外作正功；系统对外作正功；系统对外作负功；系统对外作负功；系统不作功。系统不作功。功的大小等于功的大小等于p-V 图上过程曲线图上过程曲线 p(V)下的下的面积。面积。功的数值功的数值与过程的实际路径有关。与过程的实际路径有关。Vp122.2.气体的内能气体的内能理想气体内能：理想气体内能：内能是状态量内能是状态量,是状态参量是状态参量T的单值函数。的单值函数。6ppt课件 系统从外界吸热；系统从外界吸热；系统对外界作功；系统对外界作功；系统内能增加系统内能增加；热力学第一定律，实质上体现了能量守恒。热力学第一定律，实质上体现了能量守恒。四、热力学第一定律四、热力学第一定律3.3.改变内能的两种方式改变内能的两种方式做功做功热传递热传递热功当量：热功当量：1 1卡卡=4.2=4.2焦耳焦耳 7ppt课件对无限小过程对无限小过程对于准静态过程：对于准静态过程：热力学第一定律另一表述：热力学第一定律另一表述：热力学第一定律另一表述：热力学第一定律另一表述：制造第一类永动机制造第一类永动机(能对外不断能对外不断自动作功自动作功而不需而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器)是是不可能的。不可能的。8ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵9ppt课件1.等体过程等体过程:6-2 热力学第一热力学第一 定律对于理想气体准定律对于理想气体准静态过程的应用静态过程的应用一、一、等体过程等体过程 气体的摩尔定体热容气体的摩尔定体热容 pOVV10ppt课件等体吸热等体吸热此内能改变公式适应于所有过程此内能改变公式适应于所有过程 1 mol气体在体积不变时，温度改变气体在体积不变时，温度改变1 1K时所吸收时所吸收或放出的热量。或放出的热量。2.摩尔定体热容摩尔定体热容等体内能增量等体内能增量11ppt课件1.等压过程等压过程:二、二、二、二、等压过程等压过程等压过程等压过程 气体的摩尔定压热容气体的摩尔定压热容气体的摩尔定压热容气体的摩尔定压热容12ppt课件 在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增加内能，另一部分用于对外作功。加内能，另一部分用于对外作功。2.摩尔定压热容摩尔定压热容:1 mol气体在压力不变时，温度改变气体在压力不变时，温度改变1 1K时所吸收或放时所吸收或放出的热量。出的热量。迈耶公式迈耶公式注意：注意：1 mol气体温度改变气体温度改变1 1K时，在等压过程中比在时，在等压过程中比在等体过程中多吸收等体过程中多吸收8.31J 的热量用来对外作功。的热量用来对外作功。13ppt课件比热容比比热容比14ppt课件例题例题6-1 一汽缸中贮有氮气，质量为一汽缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气。在标准大气压下缓慢地加热，使温度升高压下缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作。试求气体膨胀时所作的功的功A、气体内能的增量、气体内能的增量 E以及气体所吸收的热量以及气体所吸收的热量Qp。（活塞的质量以及它与汽缸壁的摩擦均可略去。）（活塞的质量以及它与汽缸壁的摩擦均可略去。）因因i=5,所以所以CV=iR/2=20.8J/(mol K)，可得，可得 解：解：因过程是等压的，得因过程是等压的，得15ppt课件系统温度在状态变化过程中始终保持不变。系统温度在状态变化过程中始终保持不变。在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。三、等温过程三、等温过程三、等温过程三、等温过程16ppt课件系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减少实现的，故温度降低；少实现的，故温度降低；绝热过程方程绝热过程方程:四、绝热过程四、绝热过程四、绝热过程四、绝热过程气体绝热自由膨胀气体绝热自由膨胀气体气体真空真空Q=0，A=0，E=017ppt课件绝热线与等温线比较绝热线与等温线比较绝热线绝热线等温线等温线等温等温绝热绝热绝热线比等温线更陡。绝热线比等温线更陡。18ppt课件物理意义：物理意义：绝热线绝热线等温线等温线等温过程等温过程 绝热过程绝热过程 膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快19ppt课件 系统从系统从1-2为绝热过程为绝热过程绝热线绝热线系统对外作功为系统对外作功为绝热过程系统对外作功绝热过程系统对外作功:由过程方程由过程方程:20ppt课件理想气体热力学过程主要公式理想气体热力学过程主要公式000过程过程过程过程 特征特征特征特征 过程方程过程方程过程方程过程方程 吸收热量吸收热量吸收热量吸收热量 对外作功对外作功对外作功对外作功 内能增量内能增量内能增量内能增量等体等体等体等体 V V=常量常量常量常量等压等压等压等压 p p=常量常量常量常量等温等温等温等温 T T=常量常量常量常量绝热绝热绝热绝热 d d d dQ Q=0=0=0=021ppt课件例题例题6-2 设有氧气设有氧气8g，体积为，体积为0.41 10-3m3，温度，温度为为300K。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.1 10-3 m3。问：气体作功多少？氧气作等温膨。问：气体作功多少？氧气作等温膨胀，膨胀后的体积也是胀，膨胀后的体积也是4.1 10-3m3，问这时气体，问这时气体作功多少？作功多少？根据绝热方程中根据绝热方程中 T 与与V 的关系式：的关系式：解解:氧氧 气气 的的 质质 量量 为为m=0.008kg，摩摩 尔尔 质质 量量Mmol=0.032kg，原原来来温温度度T1=300K。另另T2为为氧氧气气绝热膨胀后的温度，则有绝热膨胀后的温度，则有22ppt课件得得 以以T1=300K,V10.41 10-3m3,V24.1 10-3m3及及=1.40代入上式，得代入上式，得如氧气作等温膨胀，气体所作的功为如氧气作等温膨胀，气体所作的功为因因i=5,所以所以CV=iR/2=20.8J/(mol K)，可得，可得23ppt课件例例题题6-3 3.2g的的氧氧气气，p1=1atm,V1=1L,首首先先等等压压加加热热体体积积加加倍倍，然然后后再再等等容容加加热热，压压强强加加倍倍，最最后后绝绝热热膨膨胀，温度回到初值。胀，温度回到初值。(1)画画PV图；图；(2)求各过程中求各过程中E,A,Q 解:(2)等压过程 等容过程 24ppt课件绝热过程 25ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 6-3 循环过程循环过程循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵26ppt课件循环过程：循环过程：系统经过一系列状系统经过一系列状态变化过程以后，又回到原来态变化过程以后，又回到原来状态的过程。状态的过程。循环特征：循环特征：系统经历一个循环之后系统经历一个循环之后,内能不改变。内能不改变。循环包括循环包括:正循环正循环(顺时针顺时针)-)-热机热机 A0逆循环逆循环(逆时针逆时针)-)-致冷机致冷机 A0工作物质工作物质:循环工作的物质循环工作的物质.6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环一一、循环过程、循环过程 27ppt课件正循环正循环:工作物质在整个循环过程中对外作的净功等工作物质在整个循环过程中对外作的净功等于曲线所包围的面积。从外界吸收的热量为于曲线所包围的面积。从外界吸收的热量为Q1 1,放给放给外界的热量为外界的热量为Q2 热机：热机：通过工质连续不断地将热转化为功的装置。通过工质连续不断地将热转化为功的装置。热机效率热机效率说明：说明：Q Q1 1整个循环过程中吸收的热量整个循环过程中吸收的热量Q Q2 2整个循环过程中放出的热量整个循环过程中放出的热量(绝对值）绝对值）输出功输出功吸收的热量吸收的热量净净28ppt课件锅炉锅炉泵泵汽缸汽缸冷凝器冷凝器蒸汽机中水循环过程蒸汽机中水循环过程Q吸吸 水水水蒸气水蒸气废汽废汽水水Q放放A高温热源高温热源低温热源低温热源工作原理图工作原理图29ppt课件卡诺循环：卡诺循环：由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的循环组成的循环。1 1-2 2：等温过程等温过程2 2-3 3：绝热过程绝热过程3 3-4 4：等温过程等温过程4 4-1 1：绝热过程绝热过程低温热源低温热源T2高温热源高温热源T1二、二、卡诺循环卡诺循环30ppt课件正向卡诺循环的效率推导正向卡诺循环的效率推导3-4 等温压缩：等温压缩：1-2 等温膨胀：等温膨胀：则则 4-1和和2-3是绝热过程：是绝热过程：所以所以31ppt课件说明：说明：（1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源；和低温热源；（2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关；卡诺循环的效率只与两个热源温度有关；（3）卡诺循环效率总小于卡诺循环效率总小于1；（4）在相同高温热源和低温热源之间工作的一切在相同高温热源和低温热源之间工作的一切 热机中，卡诺循环的效率最高。热机中，卡诺循环的效率最高。致冷机：致冷机：工作物质把从低工作物质把从低温热源吸收的热量温热源吸收的热量Q2和外和外界对它所作的功界对它所作的功A以热量以热量Q1的形式传给高温热源的形式传给高温热源。高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2致冷循环致冷循环32ppt课件外界的功外界的功致冷系数：致冷系数：从低温热源吸收的热从低温热源吸收的热量量Q Q2 2与外界作的功与外界作的功A A之比，即之比，即对卡诺致冷机：对卡诺致冷机：致冷系数：致冷系数：33ppt课件例例题题6-4 有有一一卡卡诺诺致致冷冷机机，从从温温度度为为-10的的冷冷藏藏室室吸吸取取热热量量，而而向向温温度度为为20的的物物体体放放出出热热量量。设设该该致致冷冷机机所所耗功率为耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？每分钟作功为每分钟作功为所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为此时此时,每分钟向温度为每分钟向温度为2020的物体放出的热量为的物体放出的热量为解解:T1=293K,T2=263K,则则34ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 6-4 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵35ppt课件开尔文表述：开尔文表述：开尔文表述：开尔文表述：不可能制造出这样一种不可能制造出这样一种循环工作的热机循环工作的热机循环工作的热机循环工作的热机，它只从单一热源吸热对外作功而不产生其它影响。它只从单一热源吸热对外作功而不产生其它影响。克劳修斯表述：克劳修斯表述：克劳修斯表述：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物传到高温不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化。物体而不引起外界的变化。6-4 热力学第二定律热力学第二定律一、一、热力学第二定律热力学第二定律注意注意(1)(1)在非循环过程中可以仅从单一热源吸热而在非循环过程中可以仅从单一热源吸热而 完全转化为有用功。完全转化为有用功。(2)(2)第二类永动机不可实现。第二类永动机不可实现。36ppt课件高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2Q1Q2A=Q1-Q2Q2Q2高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2A=Q1-Q21.1.违背了热力学第二定律的克劳修斯叙述，也就违背了开尔文叙述。违背了热力学第二定律的克劳修斯叙述，也就违背了开尔文叙述。开尔文表述和克劳修斯表述本质上是等价的。开尔文表述和克劳修斯表述本质上是等价的。二、二、两种表述的等价性两种表述的等价性 37ppt课件高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2AQ12.2.违背了热力学第二定律的开尔文叙述，也就违背了克劳修斯叙述。违背了热力学第二定律的开尔文叙述，也就违背了克劳修斯叙述。Q2Q1Q2高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2Q238ppt课件解解:假假设设两两条条绝绝热热线线I与与II在在p-V图图上上相相交交于于一一点点A，如如图图所所示示。现现在在在在图图上上画画一一等等温温线线，使使它它与与两两条条绝绝热热线线组组成成一一个个循循环环。这这个个循循环环只只有有一一个个单单热热源源，它它把把吸吸收收的的热热量量全全部部转转变变为为功功，即即 100100，并并使使周周围围没没有有变变化化。显显然然这这是是违违反反热热力力学学第第二二定定律律的的，因因此此两两条条绝绝热线不能相交。热线不能相交。例例题题6-66-6 试试证证在在 p-V 图图上上两条绝热线不能相交。两条绝热线不能相交。pVA39ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵40ppt课件1.1.可逆过程：可逆过程：系统状态变化过程中系统状态变化过程中,逆过程能重复逆过程能重复正过程的每一个状态正过程的每一个状态,且不引起其他变化的过程。且不引起其他变化的过程。实现的条件实现的条件:过程无限缓慢过程无限缓慢,没有耗散力作功。没有耗散力作功。例如：例如：理想的单摆理想的单摆2.2.不可逆过程：不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程。能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程。6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理一、可逆过程与不可逆过程一、可逆过程与不可逆过程自然界中一切自发过程都是不可逆过程自然界中一切自发过程都是不可逆过程。例如：例如：自然界中自发进行的的生物、化学等过程。自然界中自发进行的的生物、化学等过程。41ppt课件 1.1.在温度为在温度为 的高温热源和温度为的高温热源和温度为 的低温热的低温热源之间工作的一切可逆热机，效率都相等，而与工作源之间工作的一切可逆热机，效率都相等，而与工作物质无关，其效率为物质无关，其效率为 2.2.在温度为在温度为 的高温热源和温度为的高温热源和温度为 的低温热的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。热机的效率。提高热机效率的途径：提高热机效率的途径：a.使热机尽量接近可逆机使热机尽量接近可逆机；b.尽量提高两热源的温度差。尽量提高两热源的温度差。卡卡 诺诺二、二、卡诺定理卡诺定理42ppt课件三三.自由膨胀的不可逆性自由膨胀的不可逆性A 室充满气体，室充满气体，B 室为真空；室为真空；当抽去中间隔板后，分子自由当抽去中间隔板后，分子自由膨胀，待稳定后，每个分子处膨胀，待稳定后，每个分子处于两室的几率相等，于两室的几率相等，宏观上共宏观上共有五种分布。有五种分布。宏观上：分子不可分辨宏观上：分子不可分辨微观上：分子可分辨微观上：分子可分辨43ppt课件AB4042214宏观状态宏观状态微观状态微观状态abcd ab cdac bd ad bc 40微观态数目微观态数目 61宏观状态概率宏观状态概率bc adbd ac cd ab 13abc dabd cbcd acda b 3 1a bcdb acd abcdc abdd acb 44ppt课件结论：结论：结论：结论：各微观状态出现的几率相等，包含微观状态数最多各微观状态出现的几率相等，包含微观状态数最多的宏观状态出现的几率最大。的宏观状态出现的几率最大。故气体自由膨胀是不可逆的。故气体自由膨胀是不可逆的。例如：例如：1 mol 气体分子系统，所有分子全退回气体分子系统，所有分子全退回 A 室的概率为室的概率为3.3.不可逆性的统计意义不可逆性的统计意义 系统内部自发进行的过程总是由概率小的宏观状系统内部自发进行的过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行；即由包含微观状态数少态向概率大的宏观状态进行；即由包含微观状态数少的宏观状态向包含微观状态数多的宏观状态进行。的宏观状态向包含微观状态数多的宏观状态进行。有序有序无序无序45ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 6-6 熵熵熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵46ppt课件 当给定系统处于非平衡态时，总要发生从非平衡当给定系统处于非平衡态时，总要发生从非平衡态向平衡态的自发性过渡；态向平衡态的自发性过渡；当给定系统处于平衡态时，系统却不可能发生从当给定系统处于平衡态时，系统却不可能发生从平衡态向非平衡态的自发性过渡。平衡态向非平衡态的自发性过渡。(1)(1)(1)(1)可逆卡诺循环可逆卡诺循环可逆卡诺循环可逆卡诺循环6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系一、一、熵熵1.1.熵的引入：熵的引入：或或47ppt课件结论：结论：系统经历一可逆卡诺循环后，热温比总和为零。系统经历一可逆卡诺循环后，热温比总和为零。(2)(2)有限个卡诺循环组成的可逆循环有限个卡诺循环组成的可逆循环有限个卡诺循环组成的可逆循环有限个卡诺循环组成的可逆循环 可逆循环可逆循环 abcdefghija 由由3个个卡诺循环（卡诺循环（abija,bcghb,defgd）组成的。组成的。所以有所以有48ppt课件-对任一可逆循环，其热温比之和为零。对任一可逆循环，其热温比之和为零。变为：变为：表示积分沿整个循环过程进行，表示积分沿整个循环过程进行，dQ 表示在各无限表示在各无限小过程中吸收的微小热量。小过程中吸收的微小热量。pVO(3)(3)无限个卡诺循环组成的可逆循环无限个卡诺循环组成的可逆循环无限个卡诺循环组成的可逆循环无限个卡诺循环组成的可逆循环49ppt课件 状态图上任意两点状态图上任意两点 1 和和 2间，连两条路径间，连两条路径 a 和和 b，成为一个可逆循环。成为一个可逆循环。积分积分 的值与的值与1 1、2 2之间经历的过程无关，之间经历的过程无关，只由始末两个状态有关。只由始末两个状态有关。2.2.熵的定义：熵的定义：系统从初态变化到末态时，其熵的增量等于初系统从初态变化到末态时，其熵的增量等于初态和末态之间任意一可逆过程热温比的积分。态和末态之间任意一可逆过程热温比的积分。50ppt课件说明：说明：(1)(1)熵是系统状态的函数；熵是系统状态的函数；(2)(2)两个确定状态的熵变是一确定的值，与过程无关。两个确定状态的熵变是一确定的值，与过程无关。对有限小过程对有限小过程对无限小过程对无限小过程(3)(3)仅在可逆过程中仅在可逆过程中 不可逆过程中不可逆过程中(4)(4)循环过程中熵变为循环过程中熵变为0 0 51ppt课件（1 1）如果系统经历的过程不可逆，那么可以在始末如果系统经历的过程不可逆，那么可以在始末状态之间设想某一可逆过程，以设想的过程为积分路状态之间设想某一可逆过程，以设想的过程为积分路径求出熵变径求出熵变：3.熵的计算熵的计算（2 2）如果系统由几部分组成，各部分熵变之和等于）如果系统由几部分组成，各部分熵变之和等于系统总的熵变：系统总的熵变：52ppt课件 系统从状态系统从状态1 1（V1,p1,T1,S1），），经自由膨胀经自由膨胀(dE=0)到状态到状态2 2（V2,p2,T2,S2），），其中其中T1=T2，V1 p2，计算此不可逆过程的熵变。，计算此不可逆过程的熵变。设计一可逆等温膨胀过程从设计一可逆等温膨胀过程从 1 1到到2 2，吸热，吸热d dQ Q 00气体在自由膨胀过程中，它的熵是增加的。气体在自由膨胀过程中，它的熵是增加的。4.自由膨胀的熵变自由膨胀的熵变53ppt课件 用用W 表示系统所包含的微观状态数，或理解为宏观表示系统所包含的微观状态数，或理解为宏观状态出现的概率，叫状态出现的概率，叫热力学概率热力学概率 玻耳兹曼从理论上证明热力学概率和熵的关系：玻耳兹曼从理论上证明热力学概率和熵的关系：上式称为玻耳兹曼关系上式称为玻耳兹曼关系，k 为玻耳兹曼常数。为玻耳兹曼常数。熵的这个定义表示它是分子热运动无序性或混乱熵的这个定义表示它是分子热运动无序性或混乱性的量度性的量度。系统某一状态的熵值越大，它所对应的宏。系统某一状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。观状态越无序。二、二、玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系54ppt课件玻耳兹曼的墓碑玻耳兹曼的墓碑 55ppt课件第六章第六章 热力学基础热力学基础 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 6-7 熵增加原理熵增加原理熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵56ppt课件 1.孤立系统：孤立系统：与外界既不交换物质也不交换能与外界既不交换物质也不交换能 量的系统叫孤立系统。量的系统叫孤立系统。2.熵增加原理：熵增加原理：在孤立系统在孤立系统在孤立系统在孤立系统中发生的任何不可中发生的任何不可逆过程都导致整个系统熵的增加。逆过程都导致整个系统熵的增加。例例如：可逆绝热过程是一个等熵过程，绝热自由膨如：可逆绝热过程是一个等熵过程，绝热自由膨胀是一个熵增加的过程。胀是一个熵增加的过程。6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的热力学第二定律的统计意义统计意义一、熵增加原理一、熵增加原理注意：注意：注意：注意：非孤立系统的熵可能减小。非孤立系统的熵可能减小。或：或：孤立系统的熵永不减小。孤立系统的熵永不减小。57ppt课件3.3.熵增加原理的数学描述熵增加原理的数学描述以上两式的等号均用于可逆过程，而不等号以上两式的等号均用于可逆过程，而不等号则用于不可逆过程。则用于不可逆过程。注：注：若系统经历绝热过程，则因若系统经历绝热过程，则因 ，而有，而有58ppt课件(1)(1)总是由概率小的状态向概率大的状态进行；总是由概率小的状态向概率大的状态进行；(2)(2)由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状 态数目多的宏观状态进行；态数目多的宏观状态进行；(3)(3)由有序到无序；由有序到无序；(4)(4)总是向着熵增加的方向进行；总是向着熵增加的方向进行；如：气体的绝热自由膨胀、热量从高温物体向低温物如：气体的绝热自由膨胀、热量从高温物体向低温物体的自发传递、热功转换等过程。体的自发传递、热功转换等过程。系统的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。系统的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。二、二、热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 不受外界影响的孤立系统，其内部发生的过程：不受外界影响的孤立系统，其内部发生的过程：59ppt课件例例题题6-8 今今有有1kg，0C的的冰冰融融化化成成0C 的的水水，求求其其熵熵变（设冰的熔解热为变（设冰的熔解热为3.35 105J/kg)。解解:在这个过程中，温度保持不变，即在这个过程中，温度保持不变，即T=273K，计算计算时设冰从时设冰从0 C 的恒温热源中吸热，过程是可逆的，则的恒温热源中吸热，过程是可逆的，则 在在实实际际熔熔解解过过程程中中，冰冰须须从从高高于于0C的的环环境境中中吸吸热热。冰冰增增加加的的熵熵超超过过环环境境损损失失的的熵熵，所所以以，若若将将系系统统和和环环境境作为一个整体来看，在这过程中熵也是增加的。作为一个整体来看，在这过程中熵也是增加的。60ppt课件 能量不仅有形式上的不同，而且还有质的差别。机能量不仅有形式上的不同，而且还有质的差别。机械能和电磁能是可以被全部利用的有序能量，而内能是械能和电磁能是可以被全部利用的有序能量，而内能是不能全部转化的无序能量。熵增加意味着系统能量中成不能全部转化的无序能量。熵增加意味着系统能量中成为不可用能量的程度在增大，这为不可用能量的程度在增大，这叫做能量的退化。叫做能量的退化。熵与能都是状态函数，两者关系密切，而意义熵与能都是状态函数，两者关系密切，而意义完全不同。完全不同。“能能”这一概念是从正面量度运动的转这一概念是从正面量度运动的转化能力的，能愈大，运动转化的能力愈大；熵却是化能力的，能愈大，运动转化的能力愈大；熵却是从反面，即运动不能转化的一面量度运动转化的能从反面，即运动不能转化的一面量度运动转化的能力，熵愈大，系统的能量中不再可供利用的部分就力，熵愈大，系统的能量中不再可供利用的部分就越多，所以熵表示系统内部能量的越多，所以熵表示系统内部能量的“退化退化”或或“贬贬值值”，即，即熵是能量不可利用程度的量度。熵是能量不可利用程度的量度。*三、三、熵增与能量退化熵增与能量退化61ppt课件 选择进入下一节选择进入下一节 6-0 教学基本要求教学基本要求 6-1 热力学第零定律和第一定律热力学第零定律和第一定律 6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 6-3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 6-4 热力学第二定律热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 6-6 熵熵 玻耳兹曼关系玻耳兹曼关系 6-7 熵增加原理熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义*6-8 耗散结构耗散结构 信息熵信息熵注意：下次课拿习题册，注意：下次课拿习题册，注意：下次课拿习题册，注意：下次课拿习题册，讲热学习题！讲热学习题！讲热学习题！讲热学习题！62ppt课件