热力学第二定律熵ppt课件.ppt

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1、23热力学第二定律熵热力学第二定律主要讨论热力学过程自动进行的方向问题23.1自然过程的方向1.功热转换：热自动的全部转换为功不可能2.热传导：热量自动从低温物体传到高温物体不可能3.气体的绝热自由膨胀：气体绝热自由收缩不可能例：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.一、自然过程的方向二可逆过程与不可逆过程一个过程，如果每一步都可以在相反的方向进行而不引起外界的任何其他变化，该过程为可逆过程。可逆过程：不可逆过程：用任何其他方法都不能使系统和外界复原的过程。可逆过程形成的条件：准静态，无摩擦。1、一切自

2、发过程都是不可逆过程。2、准静态过程+无磨擦的过程是可逆过程。结论：（过程“无限缓慢”）3、一切实际过程都是不可逆过程。因为一切实际过程都有磨擦。可逆过程是理想化的过程。自然现象和社会现象的不可逆性落叶永离，覆水难收，欲死灰复燃，艰乎其难人生易老，返老还童只是幻想自然现象，历史人文，生活万象多是不可逆的23.2热力学第二定律卡诺定理（1）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。（2）克劳修斯表述：热量不可能自动从低温物体传到高温物体。不可逆性的相互依存各种自然的宏观过程都是不

3、可逆的，而且它们的不可逆性又是相互依存的.（下面可以证明）一种实际宏观过程的不可逆性消失了，其它实际宏观过程的不可逆性也消失了.即：*一、热力学第二定律两种表述：热二律的实质是表明一切自发过程都是不可逆的。它是说明热力学过程的方向、条件和限制的。热力学第二定律有多种表述方式，人们之所以公认开尔文和克劳修斯表述为标准表述用否定形式表述和表述的多样性是热力学第二定律不同于其他物理定律的特点2、历史上这两人最先完整地提出热力学第二定律1、热功转换与热量传递是热力学的重要事例二、热力学第二定律两种表述的等效性Q1-Q

4、2T1Q2Q1A=Q1-Q2Q2Q2T2T1Q2Q1Q1+Q2A=Q1Q2T2否定克劳修斯表述必然否定开尔文表述否定开尔文表述必然否定克劳修斯表述例、证明：（1）一条等温线与一条绝热线不可能有两个交点；（2）两条绝热线不可能相交。分析：这类问题一般可以用反证法证明。假定一条等温线与一条绝热线有两个交点，则构成一个循环，分析这个循环是否符合热力学第二定律，同样的方法可以证明第二个命题。Vp等温线Oacbd绝热线解：（1）如图所示，设acb为等温线，adb为绝热线，它们相交与a、b两点，于是构成一个循环过程。这个

5、循环过程可以由初态从等温过程（热源）吸收热量，对外界做功，再通过绝热过程又回到初态。这种单一热源工作的循环是违背热力学第二定律（开尔文表述）的，因此绝热线与等温线不可能有两个交点。bcaVOp绝热线等温线假设两条绝热线相交于a点，如图所示。另外作一条等温线与两条绝热线分别相交于b、c两点，从而形成一个循环abca，这个循环也是由单一热源工作的循环，显然违背了热力学第二定律（开尔文表述）的，所以两条绝热线不可能相交。2）在相同的高低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率，不可能高于可逆机。即：1）在相同高温热源（

6、T1）和低温热源（T2）之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，其效率都相等。即三、卡诺定理(1)热源—温度均匀的恒温热源说明(2)只有两个热源—这样的可逆热机必为卡诺热机(3)卡诺热机(卡诺循环)的效率是一切热机效率的最高极限。T1T2A可逆机E可逆机E’证明：一卡诺理想可逆热机E与另一可逆热机E’（不论什么工作物质）反证法：设法调节使两热机作相同的功A先假设可知因为所以对复合机违反克劳修斯说法不可能让E机和E’机逆向运行并假设同理可证不可能结论：T1T2A可逆机E不可逆机E’’用不可逆热机E’’代替可逆

7、热机E’同样方法可以证明不可能但由于E’’机不可逆，无法在原路线反向运行所以无法证明不可能结论：（可逆热机）（不可逆热机）即不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率可逆的卡诺热机效率最高由于不可逆过程中有摩擦：（可逆热机）（不可逆热机）23.3克劳修斯熵（热力学熵）熵增加原理对可逆卡诺循环均用Q表示系统从外界吸热，所以一克劳修斯熵（热力学熵）对任一可逆循环，可以看作由无数个很小的卡诺循环组成。则有则（R1)(R2)只与初末状态有关，而与过程无关。引入态函数S图pV0ABR1R2(可逆）（可逆）对于微小可逆过程

8、对不可逆循环，由卡诺定理：得Q为吸热对任意不可逆循环设不可逆循环ABBAR1为不可逆过程R2为可逆过程则(R1)(R2)(R1)(R2)（不可逆）（可逆）（不可逆）（可逆）所以(R1）(R2)（不可逆）（可逆）（不可逆）总之，及等号适用于可逆过程不等号适用于不可逆过程克劳修斯不等式pV0ABR1R2(不可逆）（可逆）结论：（任意系统可逆过程）对于孤立系统、可逆过程：对于孤立系统、一切过程：对于孤立系