熵与热力学第二定律

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1、熵与热力学第二定律本章提要及安排　    本章提要:    本章阐明由大量现象总结出来的有关热过程的共同特性——实际热过程不可逆。这一结论反映了热力学第二定律的实质。本章介绍历史上关于这一定律的不同表述及由此作出的一些重要推论，用熵函数给出了它的数学表达式，介绍了熵方程并举例说明了该定律的应用。本章要求:    1．充分认识和理解热力学第二定律的实质是说明“任何涉及到热现象的宏观过程都是不可逆的”。这是热过程区别于其它物理过程的重要特征，也是热力学能成为一门独立学科的依据。    2．明确历史上关于热力学第二定律的种种说法

2、具有一致性，且由此作出的种种推论与这些说法完全等效。    3．充分认识卡诺循环的意义，了解热功转换的效率是由卡诺循环效率限制的。    4．了解熵函数的含义、其态函数性质及利用熵函数所作出的热力学第二定律的数学表达式，和熵增能量贬值原理。懂得在不同情况下如何正确地写出过程的熵方程，计算熵变化、熵流和熵产，并用它进行过程的热力学分析。了解火用参数的含义及应用。    5．了解热力学第二定律对实践的指导意义及其工程应用。掌握运用理论分析解决实际问题的方法。本章主要内容及相互联系:学习建议：本章学习时间建议共10学时：1． 热

3、过程的不可逆性       1学时    2．热力学第二定律的几种表述             1学时 3．卡诺定理                1学时  4．热力学温度标尺                1学时  5．卡诺循环与克劳修斯不等式      1学时  6．状态参数熵及熵增原理          1学时  7．熵方程及其应用举例            2学时  8．热力系的有效能                1学时  9．第二定律的统计解释及局限性    1学时3．l热过程的不可逆性本节知识点：   热力学

4、第二定律的基本任务不可逆因素热过程的不可逆性可逆过程本节动画演示:  无阻膨胀本节基本概念：不可逆过程不可逆因素外部不可逆因素内部不可逆因素可逆过程3．1．1热力学第二定律的基本任务    热力学第一定律告诉我们，在任何热过程中，参与过程的某一物体得到的能量应等于另一物体失去的能量。试设想孤立系内仅有两个物体l、2，并分别处于温度Tl及T2,T1＞T2，当两个物体产生热接触时将会有热在其间传递。根据热力学第—定律，物体1失去的热量Ql应等于物体2得到的热量Q2，即                              

5、                       Q1=Q2但如果设想有另一过程，它使热从物体2传给物体1。根据热力学第一定律，同样可以写出                                                     Q2=Q1上面两式是完全相同的，如果第一式成立则第二式也必成立。根据常识我们知道，使热自发地从低温物体传向高温物体的第二个过程是不可能实现的。尽管如此，我们却无法从热力学第一定律中找到判断过程能否进行的依据，即仅仅根据热力学第一定律，我们将无法说明第二种过程不能实现这一事实。热力学第一

6、定律仅告诉我们，在能量传递(或转换)过程中一物体失去的能量等于另一物体得到的能量，而对于谁得谁失，即对于过程进行的方向是无法反映的。然而在实际过程的研究中，我们往往首先需要判断过程能否进行。如果过程能否进行尚未判定，则所建立的能量方程式将象前面第二式一样，只能建立在臆想之中，是没有实际意义的。从以上所举的简单例子我们可清楚地认识到，单纯依靠热力学第一定律来分析热过程是不够的。热过程的上述特性必须有一个新的定律来说明，这个定律即是热力学第二定律。它的基本任务在于，给予我们判断任何热过程能否进行的一般性的依据，阐明热过程进行的

7、方向、条件及限制。3．1．2不可逆因素        为了探讨判断热过程进行方向的依据，我们仍沿用经典热力学的基本方法；从观察现象开始。让我们来现察下面的—些自然过程。    一、功和热的转换，摩擦过程    在生活上和工程上，我们常常会见到功自发地转变为热的例子。这里所谓的“自发地转变”，是指自动地(无条件地)或单独地(百分之百地)转变。例如，在第二章图2-5所示例子的循环过程中，重物的下降引起搅拌器的转动，并通过摩擦使功自发地变为热而从容器内的气体中放出；但是，反过来，如果将同等数量的热加到气体中，却不能使搅拌器沿相反

8、的方向转动而使重物上升到原有的高度。这说明，功可以自发地转变为热，而热却不能自发地转变为功。如果把前一过程作为正过程，则后一过程为前—过程的逆过程。根据前面的观察可知，正过程可以自发地进行，而其逆过程不能自发地进行。这样，当系统经历某过程后，我们不能使过程逆行，而使正过程在系统及环境中所引起的变化在逆过