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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三篇,热 学,Heat,第三篇热 学Heat,1,三、循环过程和热机效率,第十章,热力学基础,二、热力学第一定律对理想气体等值过程的应用,一、热力学第一定律,四、热力学第二定律,1.自然过程的方向,功,热,自动地,自动地,热从高温,低温物体,自然界中凡牵涉热现象的自发过程都是,不可逆,的！,气体的自由膨胀,三、循环过程和热机效率第十章 热力学基础二、热力学第一定,2,2.不可逆性的相互沟通,3.,热力学第二定律,开尔文表述：,唯一效果,是热全变成功的过程不可能,克劳修斯表述：,热量不能,自动地,从低温物体传向高温物体,一切自然过程总是沿着,无序性,增大,的方向进行。,实际宏观过程不可逆性是,相互依存,的!,2.不可逆性的相互沟通 3.热力学第二定律开尔文表述：唯一效,3,（1）,卡诺定理,工作在两相同热源之间的一切,可逆,卡诺机的,效率相等：,一切,不可逆,卡诺机的效率总小于,可逆热机的效率：,（2）,克劳修斯不等式,对,可逆,卡诺循环：,若隐含符号：,对,不可逆,卡诺循环：,49,3.克劳修斯熵,（1）卡诺定理工作在两相同热源之间的一切可逆卡诺机的一切不可,4,推广：,任意一个,可逆,循环，可以看成由无数（N）个卡诺循环组成。,对其中第,i,个有:,对,N,个卡诺循环：,或,若分解数,N,即：,对,不可逆,循环：,等号,对应,可逆,过程。,不等号,对应,不可逆,过程。,克劳修斯不等式,50,P,V,T,1,i,T,2,i,推广：任意一个可逆循环，可以看成由无数（N）个卡诺循环,5,克劳修斯等式表示：,（3）,熵,在任何一个可逆循环过程中，工作物在各热源,所吸收的热量与各热源温度之比的和为零。,51,克劳修斯等式表示：（3）熵 在任何一个可逆循环过程中，工,6,可见 积分值只由初、末态决定，与积分路径无关。,一定存在一个态函数，它的增量只与状态有关，,而与变化的路径无关。,“,熵,”的定义式：,S,A,：初态的熵,S,B,：末态的熵,对无限小的可逆过程：,态函数,“,熵,”,记为“,S,”,52,热量,与,温度,之商,熵,与重力场相似：,态函数,Entropy,可见 积分值只由初、末态决定，与积分路径无,7,（1）,熵是系统的状态参量的函数，是,相对量,。,系统每个状态的熵值：,（2）,令参考态,x,o,其,S,o,=0，任意平衡态的熵值,S,是对,S,o,=0 而言的（如取,摄氏零度的纯水，熵值为零,）。,（3）,“,S,”的单位：,J,/,K,（4）,S,与,E,内,一样是,客观存在的物理量,，但是,S,不能,直接测量，只能计算。,53,说明,（1）熵是系统的状态参量的函数，是相对量。系统每个状态的熵值,8,对,不可逆,过程：,设构成一循环,不可逆过程,可逆过程,克劳修斯不等式,：,对不可逆循环：,不可逆,可逆,即：,不可逆,可逆,可逆,=,S,2,S,1,不可逆,54,可逆,微分式：,对不可逆过程：设构成一循环不可逆过程可逆过程克劳修斯不等式：,9,(4)熵差的计算,1)对可逆过程：,基本微分式：,例5.,对可逆定压加热过程，使理想气体,从(,T,1,P,)到(,T,2,P,)，求,S,=？,解：,55,可逆,(4)熵差的计算 1)对可逆过程：基本微分式：例5.对,10,例6.,将,mol,的理想气体从(,T,1,V,1,)到(,T,2,V,2,)经过：,(1),可逆,定容,加热到(,T,2,V,1,)，然后经可逆,等温,到(,T,2,V,2,),(2),可逆,等温,膨胀到(,T,1,V,2,)，然后经可逆,定容,到(,T,2,V,2,),求,S,=?,1,2,P,V,解：,(1),等容,：,等温：,(2),等容:,56,等温,:,例6.将mol的理想气体从(T1V1)到(T2V2),11,例7.,对任意可逆的绝热过程,S,=？,57,熵,不变!,即：可逆的绝热过程,等熵过程,。,可逆,解：,例7.对任意可逆的绝热过程 S=？57熵不变!即：可逆,12,例8.,对任意的可逆过程,由内能的改变,dE,及状态方程可求,dA.,可以证明：,等容,等温,等压,等温,58,例8.对任意的可逆过程由内能的改变dE,可以证明：等容等温,13,2)对任意不可逆过程,思路：设想连接12有一个可逆过程,利用可逆过程求出即可。,例.计算,mol,理想气体绝热自由膨胀的熵变。,（T,1,V,1,）,T,2,V,2,若,T,2,=,T,1,V,2,=2,V,1,不可逆过程,注：,熵,是态函数！,设计一个可逆等温膨胀。,T,等温过程的熵变为:,理想气体绝热自由膨胀的熵变:,熵值增加！,T,2,V,2,59,2)对任意不可逆过程思路：设想连接12有一个可逆过程利用可,14,4.,熵增加原理,：,（热力学第二定律的,数学表式,）,已知,可逆过程：,不可逆过程：,在,绝热,（或,孤立,）系统中：,可逆过程：,不可逆过程：,熵增加原理,：在,孤立,（或,绝热,）系统中，可逆过程,系统的熵变为零，不可逆过程系统的,熵值向着熵,增加,的方向进行。,即：,孤立系统的熵永不减少,S,0,！,等熵过程,60,4.熵增加原理：（热力学第二定律的数学表式）已知可逆过,15,（1）,熵增加原理的条件？,（2）,对一般系统：,“,=,”号表示可逆过程。,“,”号表示不可逆过程。,熵增加原理揭示了在,孤立,（,绝热,）系统中，,一切不可逆过程进行的方向。,61,注,孤立、,或,绝热,系统！,（1）熵增加原理的条件？（2）对一般系统：“=”号表示可逆过,16,例9：,（物质的,熵,变）,解：,设计一个等温准静态过程：,冰与一恒温热源接触，等温传热，缓慢进行.,62,（,1,）设计的过程是可逆过程，为何,（,2,）有人认为：正因为,才说明冰变水,的过程是不可逆的，对吗？,（,3,）若要证明 的冰变成 的水是不可逆过程，,如何证明？,问,：,（冰的熔解热,=335J,g,-1,）,例9：（物质的熵变）解：设计一个等温准静态过程：冰与一恒温热,17,选择系统：冰和周围环境（合起来是孤立系统）,用熵增加原理证明,冰吸热,环境放热,低,高,即：系统的熵增加，冰化,成水的过程不可逆。,63,选择系统：冰和周围环境（合起来是孤立系统）用熵增加原理证明冰,18,例10.,将1,kg,20,o,C,的水放到100,o,C,的炉上加热后达100,o,C，,水的比热,C,=4.18,10,3,J,/,kg k,。,求水和炉子的熵变。,解：,设水依次与一系列温度逐渐升高彼此相差,无限小,dT,的热源接触，从而逐个吸热,dQ,达,到热平衡进行可逆加热最后达100,o,C。,设炉子经历一个可逆等温放热过程,（加热中炉温不变）：,0,孤立系统熵增加,64,系统,总熵变：,炉,例10.将1kg 20oC的水放到100oC的炉上加热后达,19,三、循环过程和热机效率,第十章,热力学基础,二、热力学第一定律对理想气体等值过程的应用,一、热力学第一定律,四、热力学第二定律,五、,熵（,Entropy,）,热力学第二定律的数学表示,“,熵,”的定义式：,或,熵增加原理,：在,孤立,（或,绝热,）系统中，可逆过程,系统的熵变为零，不可逆过程系统的,熵值向着熵增加的方向进行。,即：,孤立系统的熵永不减少,S,0,！,三、循环过程和热机效率第十章 热力学基础二、热力学第一定,20,
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