第23章 热力学第二定律.ppt

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,23,章 热力学第二定律 熵,23.1,热机 致冷机,23.2,热力学第二定律,23.3,卡诺循环 卡诺定理,23.4,热力学温标,23.5,熵,23.6,熵增加原理,23.7,热力学第二定律的统计意义,23.1,热机 致冷机,一 热机 热机效率,Q,1,Q,2,W,高温热库,T,1,低温热库,T,2,工质,准静态循环，工质为,理想气体，只和两个,恒温热库交换热量。,吸热,Q,1,放热,Q,2,做功,W,Q,1,=Q,2,+W,热机效率,（,Q,1,Q,2,为绝对值）,二 致冷机 致冷系数,Q,1,Q,2,W,高温热库,T,1,低温热库,T,2,工质,致冷系数,吸热,Q,2,放热,Q,1,做功,W,Q,1,=Q,2,+W,（,Q,1,Q,2,为绝对值）,热机效率,经过许多科学家为提高热机效率所做的努力最终仍不能制造出 热机的事实面前，科学家开始认识到，尽管该热机不违反热力学第一定律（能量守恒定律），但却制造不出来，表明有些过程是不能实现的。,23.2,热力学第二定律,热力学第二定律的克劳修斯 叙述：热量不能,自动地,由低温物体传向高温物体。,热力学第二定律的开尔文叙述：其,唯一效果,是热全部变成功的过程是不可能的。,单热源热机是不可能制成的。,（热机的工质是做循环）,两种表述的等效性,（,3两种表述的等效性,Q,1,-Q,2,T,1,Q,2,Q,1,A=Q,1,-Q,2,Q,2,Q2,T,2,T,1,Q,2,Q,1,Q,1,+Q,2,A,Q,2,T,2,否定克劳斯表述,必然否定开尔文表述,否定开尔文表述,必然否定克劳斯表述,只满足能量守恒的过程一定能实现吗？,功热转换,m,通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的,（,irreversible,）,；,或，热不能自动转化为功；或，唯一效,果是热全部变成功的过程是不可能的。,功热转换过程具有方向性。,可逆过程和不可逆过程,热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的；,或，热量不能自动地由低温物体传向高温物体。,气体的绝热自由膨胀,（,Free expansion,）,气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的。,非平衡态到平衡态的过程是 不可逆的,不可逆的,自动地,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。,热传导,（,Heat conduction,）,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。,可逆过程,？,尽管实际不存在，为了理论上分析实际过程的规律，引入理想化的概念，如同,准静态过程,一样。,气体膨胀和压缩,u,无摩擦的准静态过程,外界压强总比系统大一,无限小量缓缓压缩；,假如，外界压强总比系统,小一 无限小量，缓缓膨胀。,一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小的量，这,个过程就可以反向进行（其结果是系统和外界能同时回到,初态），则这个过程就叫做可逆过程。,系统,T,1,+,T,T,1,+2,T,T,1,+3,T,T,2,系统从,T,1,到,T,2,准静态过程；,反过来，从,T,2,到,T,1,只有无穷小的变化。,等温热传导，可逆,过程的必要条件。,可逆循环,热传递,经常忽略摩擦等，简化了实际过程，易于理论上近似处理。,23.3,卡诺循环 卡诺定理,一 循环过程,U=0,Q,吸,正循环,A0,p,V,0,Q,放,逆循环,A,T,），,最大输出功是多少？,解：,1,）可逆卡诺热机效率最高，且,这就是最大输出功,2,）,工作物质,Q,，,则热库,-,Q,例：,1mol,理想气体装在一个容器中，被绝热隔板分成相等的两,部分（体积相等，粒子数相等），但温度分别为,T,1,和,T,2,，,打开绝热隔板，混合，达到平衡态，求熵的变化。,解：,1,）设计一可逆过程，使气体温度达到平衡温度,T,，,再混合,相同气体？,2,）利用,积分得,对两部分分别计算，然后,再相加，结果相同。,不同气体混合熵,23.7,热力学第二定律的统计意义,自然过程总是按有序变无序的方向进行。,例：功热转换,例：气体的绝热自由膨胀,涉及到大量粒子运动的有序和无序，故，热力学第二定律是一条统计规律。,布朗运动,有时,4,个 粒子全部在,A,内,A,B,涨落大时不遵循该规律，如：,