1、第三篇熱 學(xué)Heat第三篇熱 學(xué)Heat 三、循環(huán)過程和熱機(jī)效率第十章 熱力學(xué)基礎(chǔ)二、熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體等值過程的應(yīng)用一、熱力學(xué)第一定律四、熱力學(xué)第二定律1.自然過程的方向功 熱自動(dòng)地自動(dòng)地?zé)釓母邷氐蜏匚矬w自然界中凡牽涉熱現(xiàn)象的自發(fā)過程都是不可逆的！氣體的自由膨脹 三、循環(huán)過程和熱機(jī)效率第十章 熱力學(xué)基礎(chǔ)二、熱力學(xué)第一定2.不可逆性的相互溝通 3.熱力學(xué)第二定律開爾文表述：唯一效果是熱全變成功的過程不可能克勞修斯表述：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。實(shí)際宏觀過程不可逆性是相互依存的!2.不可逆性的相互溝通 3.熱力學(xué)第二定律開爾文表述：唯一效

2、（1）卡諾定理工作在兩相同熱源之間的一切可逆卡諾機(jī)的效率相等：一切不可逆卡諾機(jī)的效率總小于可逆熱機(jī)的效率：（2）克勞修斯不等式對(duì)可逆卡諾循環(huán)：若隱含符號(hào)：對(duì)不可逆卡諾循環(huán)：493.克勞修斯熵（1）卡諾定理工作在兩相同熱源之間的一切可逆卡諾機(jī)的一切不可推廣： 任意一個(gè)可逆循環(huán)，可以看成由無數(shù)（N）個(gè)卡諾循環(huán)組成。對(duì)其中第 i 個(gè)有:對(duì)N個(gè)卡諾循環(huán)：或若分解數(shù) N 即： 對(duì)不可逆循環(huán)：等號(hào)對(duì)應(yīng)可逆過程。不等號(hào)對(duì)應(yīng)不可逆過程?？藙谛匏共坏仁?0PVT1iT2i推廣： 任意一個(gè)可逆循環(huán)，可以看成由無數(shù)（N）個(gè)卡諾循環(huán)克勞修斯等式表示：（3）熵 在任何一個(gè)可逆循環(huán)過程中，工作物在各熱源所吸收的熱量與各熱

3、源溫度之比的和為零。51克勞修斯等式表示：（3）熵 在任何一個(gè)可逆循環(huán)過程中，工可見 積分值只由初、末態(tài)決定，與積分路徑無關(guān)。 一定存在一個(gè)態(tài)函數(shù)，它的增量只與狀態(tài)有關(guān)，而與變化的路徑無關(guān)?！办亍钡亩x式：SA：初態(tài)的熵SB：末態(tài)的熵對(duì)無限小的可逆過程：態(tài)函數(shù)“熵”記為“S”52熱量與溫度之商熵與重力場相似： 態(tài)函數(shù)Entropy可見 積分值只由初、末態(tài)決定，與積分路徑無（1）熵是系統(tǒng)的狀態(tài)參量的函數(shù)，是相對(duì)量。系統(tǒng)每個(gè)狀態(tài)的熵值：（2）令參考態(tài) xo 其 So=0，任意平衡態(tài)的熵值 S 是對(duì) So =0 而言的（如取攝氏零度的純水，熵值為零）。（3）“S”的單位：J/K（4） S與E內(nèi)一樣是

4、客觀存在的物理量，但是S不能 直接測(cè)量，只能計(jì)算。53說明（1）熵是系統(tǒng)的狀態(tài)參量的函數(shù)，是相對(duì)量。系統(tǒng)每個(gè)狀態(tài)的熵值對(duì)不可逆過程：設(shè)構(gòu)成一循環(huán)不可逆過程可逆過程克勞修斯不等式：對(duì)不可逆循環(huán)：不可逆可逆即：不可逆可逆可逆= S2 S1不可逆54可逆微分式：對(duì)不可逆過程：設(shè)構(gòu)成一循環(huán)不可逆過程可逆過程克勞修斯不等式：(4) 熵差的計(jì)算 1)對(duì)可逆過程：基本微分式：例5.對(duì)可逆定壓加熱過程，使理想氣體 從 (T1P) 到 (T2P)，求S =？解：55可逆(4) 熵差的計(jì)算 1)對(duì)可逆過程：基本微分式：例5.對(duì)例6.將mol的理想氣體從 (T1V1) 到 (T2V2) 經(jīng)過： (1)可逆定容加熱到

5、(T2V1)，然后經(jīng)可逆等溫到(T2V2) (2)可逆等溫膨脹到(T1V2)，然后經(jīng)可逆定容到(T2V2) 求 S=?12PV解：(1)等容：等溫：(2)等容:56等溫:例6.將mol的理想氣體從 (T1V1) 到 (T2V2)例7. 對(duì)任意可逆的絕熱過程 S =？57熵不變!即：可逆的絕熱過程等熵過程。可逆解：例7. 對(duì)任意可逆的絕熱過程 S =？57熵不變!即：可逆例8. 對(duì)任意的可逆過程由內(nèi)能的改變dE,及狀態(tài)方程可求dA.可以證明：等容等溫等壓等溫58例8. 對(duì)任意的可逆過程由內(nèi)能的改變dE,可以證明：等容等溫2)對(duì)任意不可逆過程思路：設(shè)想連接12有一個(gè)可逆過程利用可逆過程求出即可。例

6、. 計(jì)算 mol理想氣體絕熱自由膨脹的熵變。（T1V1）T2 V2若T2 =T1 V2= 2V1不可逆過程注：熵是態(tài)函數(shù)！設(shè)計(jì)一個(gè)可逆等溫膨脹。T等溫過程的熵變?yōu)?理想氣體絕熱自由膨脹的熵變: 熵值增加！T2 V2592)對(duì)任意不可逆過程思路：設(shè)想連接12有一個(gè)可逆過程利用可4. 熵增加原理： （熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表式）已知可逆過程：不可逆過程：在絕熱（或孤立）系統(tǒng)中：可逆過程：不可逆過程： 熵增加原理：在孤立（或絕熱）系統(tǒng)中，可逆過程 系統(tǒng)的熵變?yōu)榱?，不可逆過程系統(tǒng)的 熵值向著熵增加的方向進(jìn)行。即：孤立系統(tǒng)的熵永不減少 S 0 ！等熵過程604. 熵增加原理： （熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表式）

7、已知可逆過（1）熵增加原理的條件？（2）對(duì)一般系統(tǒng)：“=”號(hào)表示可逆過程?！啊碧?hào)表示不可逆過程。熵增加原理揭示了在孤立（絕熱）系統(tǒng)中，一切不可逆過程進(jìn)行的方向。61注孤立、或絕熱系統(tǒng)！（1）熵增加原理的條件？（2）對(duì)一般系統(tǒng)：“=”號(hào)表示可逆過例9：（物質(zhì)的熵變）解：設(shè)計(jì)一個(gè)等溫準(zhǔn)靜態(tài)過程：冰與一恒溫?zé)嵩唇佑|，等溫傳熱，緩慢進(jìn)行.62（1）設(shè)計(jì)的過程是可逆過程，為何（2）有人認(rèn)為：正因?yàn)椴耪f明冰變水的過程是不可逆的，對(duì)嗎？（3）若要證明 的冰變成 的水是不可逆過程， 如何證明？問：（冰的熔解熱 =335Jg-1）例9：（物質(zhì)的熵變）解：設(shè)計(jì)一個(gè)等溫準(zhǔn)靜態(tài)過程：冰與一恒溫?zé)徇x擇系統(tǒng)：冰和周圍環(huán)境

8、（合起來是孤立系統(tǒng)）用熵增加原理證明冰吸熱環(huán)境放熱低高即：系統(tǒng)的熵增加，冰化 成水的過程不可逆。63選擇系統(tǒng)：冰和周圍環(huán)境（合起來是孤立系統(tǒng)）用熵增加原理證明冰例10. 將1kg 20oC的水放到100oC的爐上加熱后達(dá)100oC， 水的比熱C =4.18103 J/kg k。求水和爐子的熵變。解：設(shè)水依次與一系列溫度逐漸升高彼此相差無限小dT的熱源接觸，從而逐個(gè)吸熱dQ達(dá)到熱平衡進(jìn)行可逆加熱最后達(dá)100oC。設(shè)爐子經(jīng)歷一個(gè)可逆等溫放熱過程（加熱中爐溫不變）： 0孤立系統(tǒng)熵增加64系統(tǒng)總熵變：爐例10. 將1kg 20oC的水放到100oC的爐上加熱后達(dá) 三、循環(huán)過程和熱機(jī)效率第十章 熱力學(xué)基礎(chǔ)二、熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體等值過程的應(yīng)用一、熱力學(xué)第一定律四、熱力學(xué)第二定律五、熵（ Ent