从热力学对水蒸气的熵的探讨

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1、凯里学院本科毕业论文（或设计）学科代码：070201学号：2008405086本科毕业论文（设计）题目：从热力学对水蒸气熵变的探讨学院：物理与电子工程学院专业：物理学班级：2008级学生姓名：刘键指导教师：吴学科2012年4月20日5凯里学院本科毕业论文（或设计）目录摘要：I关键词IIAbstractIIKeywordsII0引言11热力学系统内能U(V,T)12范德瓦尔斯气体的内能22.1范德瓦尔斯气体的状态方程22.2范德瓦尔斯气体的内能23范德瓦尔斯气体的熵33.1范德瓦尔斯气体的熵33.2范德瓦尔斯气体的熵与理想气体的

2、熵的比较34水蒸气的熵44.1水蒸气的熵及其解释44.2等温膨胀过程水蒸气的熵变45总结5参考文献：55凯里学院本科毕业论文（或设计）对水蒸气熵变的探讨刘键（凯里学院物理与电子工程学院贵州凯里556000）摘要：通过对范德瓦尔斯气体内能的推导，然后根据熵的定义得到范德瓦尔斯气体的熵的表达式。水蒸汽是实际生活中的气体，由前面导出的熵的表达式可以得到水蒸气的熵变，从而求出水蒸汽经过准静态等温过程，气体的体积的改变过程前后的熵变。关键词：熵变；范德瓦尔斯气体；水蒸汽；准静态ChangeofentropyofwatervaporLIU

3、Jian(kailiCollegeofPhysicsandElectronicEngineeringGuizhouKaili556000)Abstract:BasedonthevanderWaalsgasinternalenergyisderived,thentheentropyofthedefinitionofthevanderWaalsgasentropyexpression.Watervaporisthegasinreallifetoo,fromthefronttogettheexpressionofentropycha

4、ngeofentropycanbewatervapor,watervaporthusobtainedthroughthequasi-staticisothermalprocess,thegasvolumechangesintheprocess,beforeandaftertheprocessofentropy.Keywords:entropy；vanderWaalsgas；watervapor；quasi-static5凯里学院本科毕业论文（或设计）0引言熵是一个极其重要的物理量，通过熵变可以判断热力学过程自发进行的方向、系统

5、内部微观状态的混乱程度、系统恢复到原来状态的难易程度[1-2]。热力学第二定律说明了一个重要的事实：一个不可逆过程不仅不能直接反向进行使系统恢复到原来状态，而且不论用何种办法均不能使系统恢复到原来状态而不带来其他影响。自然界实际发生的一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，它们具有自发进行的方向，而熵是能表征这种倾向的状态量之一。在实际生活中水蒸汽是极其重要的气体，它是属于范德瓦尔斯气体，目前就熵变问题以及范德瓦尔斯气体的热力学性质、热力学过程研究较多[3-16]，但对范德瓦尔斯气体熵变的研究较少，通过对熵变的研究可以更加了解范

6、德瓦尔斯气体热力学相关性质。1热力学系统内能U(V,T)设内能U是温度T和体积V的函数，则内能的全微分(1.1)又V不变时有又熵的全微分(1.2)我们再从熵的定义式出发，这个微分还可以写成(1.3)比较（1.2）和（1.3）式可以得到：(1.4)(1.5)因为S是一个全微分，所以必有5凯里学院本科毕业论文（或设计）(1.6)所以(1.7)把（1.7）带入内能的全微分式即（1.1）可以得到：(1.8)2范德瓦尔斯气体的内能2.1范德瓦尔斯气体的状态方程一般讲，要描述对一个体系，取几个状态参量已经足够了。其它的状态量都依赖这几个状

7、态参量。比如说：,T=常数；或者,P=常数,以及理想气体的状态方程：(2.1)然而这个方程只适用处于低压强的稀薄气体，忽略了气体分子之间的相互作用力。对于实际的气体，需考虑分子间的相互作用，两分子在相距较远时存在微弱的吸引力，近距离则存在强烈的排斥力，为了更精确的描述气体的行为，范德瓦尔斯方程是人们提出的最常见的方程之一，范氏方程为[1-2]：（2.2）其中a和b分别是对气体间相互作用力和气体分子本身大小所占据的体积的修正。2.2范德瓦尔斯气体的内能针对上面（1.8）式，我们结合(2.2)来推导一下范氏气体内能的表达式。由范德

8、瓦尔斯气体的状态方程即（2.2）式有（2.3）所以依据（1.8）式有5凯里学院本科毕业论文（或设计）(2.4)对上式进行积分，从初态开始积分，有(2.5)当温度变化范围不是很大时，可以近似地看着一个常数。这样就可以得到(2.6)从（2.6）可以看出内能随着体积增加而增加，这和