高等工程热力学电子教案3A

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1、2.5状态参数熵第二定律有多种表述，各种表述是等效的，最根本是告诉我们，所有热过程都是不可逆的，它们的发展是有方向性的。当然，不同的热过程有不同的可逆性，但不同的可逆性不是孤立的，彼此是相互联系的，它们有共同的本质特征。因此，可用同一物理量描述这一本质特征，这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数，是一个状态参数。熵是一个状态参数由卡诺定理，知道可逆热机效率显然有：或在这个式子的计算中，我们已取了ＱＬ的绝对值，考虑放热为负后，则有：热力学第二定律亦即上式是对卡诺循环的结果,对任意循环怎样?卡诺循环是两条等温线，两条

2、绝热线组成，只有在等温过程才有传热。cdba12ABpV热力学第二定律对任意过程组成的循环而言，可用无数条可逆绝热线把该循环分割成无数个微元卡诺循环，对任意微元卡诺循环(abcd),都有把所有微元加起来，即cdba12ABpV亦即：从而可知的积分与路径无关，那么一定为某状态参数，令Ｓ取名为熵注意上述的讨论是对可逆过程，所以热力学第二定律kJ/K,J/K(下标re代表可逆)比熵为：　　（kJ/kg•K,J/kg•K）或逆过程的熵变：热力学第二定律2.6不可逆过程的熵变、熵流和熵产利用第二定律对热过程方向性的分析和研究，在很多情况下，是利用状态参数

3、熵进行的。熵的本质（不可逆性）是“系统混乱度的量度”热力学第二定律熵是过程不可逆性的标志！为什么可以用熵来作为不可逆性的标志呢？这是在把可逆过程与不可逆过程比较后发现的，可逆过程时熵变为零，不可逆过程时熵变不为零，熵变越大（熵增加），过程不可逆性越大。引进熵时，利用了可逆卡诺循环的效率公式，在那里指出,对任意可逆循环这时称为熵卡诺循环与熵的引进对如图所示的不可逆过程,可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。对每个不可逆循环，卡诺定理指出，其效率η

4、小于同限温差下的卡诺循环效率：即cdba12ABpV再考虑系统吸热为负，则可化成综合全部微元，则有热力学第二定律（等号对应可逆过程）这就是著名的克劳修斯不等式熵在上面的定义中，那么，这里的不可逆过程中的与dS有什么关系呢？所以有热力学第二定律设有如右图所示的不可逆过程１Ａ２Ｃ１：其中过程１－Ａ－２为不可逆过程２－Ｃ－１为可逆过程另假设有一路径１－Ｂ－２是可逆过程，那么根据上述分析得：pA12BCV∴由上两式可得：由于１－Ｂ－２为可逆过程，按熵的定义:１状态变化到２状态时:（由克氏不等式）（卡诺定理）热力学第二定律所以:但熵是一个状态参数，变化只

5、与初终态有关，对上面的１－Ａ－２或１－Ｂ－２均有（不可逆时）（可逆时）因此可概括为：可见，不可逆过程中熵变不能用求得，对可逆过程可以用计算熵变因此，要计算从某初态到终态任何不可逆过程的熵变，只需在初终态间选择任意可逆过程，而利用已选择的可逆过程的来计算——这是最一般的方法。在不可逆过程中，熵变dＳ大于过程工质的那么，将这一差值定义为：（称为熵产，generationofentropy）热力学第二定律亦即熵变一部分是由与外界热交换引起的,为，可正可负，称为熵流，记为dＳf。另一部分是由不可逆因素引起的，称为熵产dＳg，（恒为正）即：dＳ=dＳf+

6、dＳgdＳf是传热引起的，可以大于０，小于０，等于０；dＳg是由不可逆性引起的，只能大于零。∴dＳg≥０。不可逆性越大，dＳg越大。（熵变分为两部分）各种不可逆因素不是独立的，第二定律有不同的形式，从这里知道，不可逆性的实质是相同的，均可用dＳg表示。所以熵产是所有不可逆性大小的共同量度。熵产是所有不可逆性的共同量度2.7孤立系统的熵增原理（isolatedsystem）孤立系与外界无任何能量与物质交换，即dQ=0熵流等于零。于是孤立系的熵变：dＳiso=dＳg≥０也就是说，对任一热力过程△Ｓiso≥０熵增原理——孤立系统的永不减小（可逆时

7、熵变＝０，不可逆时熵变＞０）有了熵增原理，就可用之分析热过程的方向，如果某过程是使孤立系的熵增加了，则过程可行，使熵减少了，则不可行。如果要使熵减少了的过程仍然可行，必须进行补偿，补偿的最少也要使熵变为零。熵增原理，可以推广到社会科学领域，普利高津→城市学、经济学、生物学等领域。孤立系统熵增原理表述孤立系统经历状态变化时总能量保持不变，而系统的熵值增大，至少要保持不变，永远不可能减小。这一结论被称为孤立系统的熵增原理。孤立系统熵增原理是人类对物质世界客观规律认识的总结，虽然对它只能给予经验的证明，但其正确性却可以从它符合客观事实的推论得以验证。

8、热力学第二定律自发过程进行的方向和限度一切自发过程都是不可逆的，总是向着总熵增加的方向进行；自发过程都是由非平衡态趋向平衡态的过程，因此达到稳定的平衡