第1章-热二定律.ppt

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1、热力学第一定律：各种形式的能量在相互转化的过程中必须满足能量守恒定律过程进行的方向性卡诺的工作1.10.热力学第二定律克劳修斯表述不可能将热量从低温热源传到高温热源而不引起其它的变化。一、两种表述Q对于制冷机开尔文表述不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不引起其它的变化。A=QQT第二类永动机A=QV1TQV2左图所示过程是思考否违反热力学第二定律？二、两种表述的等效性上图表示，如果克氏说法不成立，单源热机将是可能的，即开氏说法不成立。又如果开氏说法不成立，则由一单源热机带动一制冷机，净结果为热量从低温热源传到高温热源而未产生其它变化，即克

2、氏说法不成立。三、热现象过程的不可逆性1.可逆过程（reversibleprocess）：其结果（系统和外界的变化）可以完全被消除的过程。（准静态、无摩擦的过程）一般地说，如果过程进行的每一步都仅使外界条件改变一个无穷小的量，那么这个过程就是可逆的。可逆过程必然是可以沿原路径反向进行的（其结果是系统和外界能同时回到初态）。2.不可逆过程（irreversibleprocess）：其结果不能完全被消除的过程。例如：有限温差热传导，“一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆”生命过程是不可逆的：出生童年少年青年中年——不可逆！老年气体自由

3、膨胀摩擦生热，三、意义高温热源热量低温热源可能高温热源低温热源不可能热量功热可能不可能功热这两个过程不可逆。1.自然界存在很多不可逆热力学过程。2.不可逆过程是相互等效的。热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际过程都有其自发进行的方向，是不可逆的。1.11.卡诺定理定理所有工作于两个一定温度间的热机，以可逆机效率最高。证：两个热机A和B的效率若A可逆，应有反证法假设不失一般性，令据假设有以为单源热机正逆证：若B是可逆机，则按相反过程镜像证明。因此不成立。不成立。若都是可逆机，和均不成立。＃判断可逆机效率的方法（判据）。算出热机效率可逆热

4、机不可逆热机所以：推论：所有工作与两个一定温度之间的可逆热机，其效率相等§1.12热力学温标卡诺定理的一个重要的理论意义是可以根据它来定义热力学温标。不太严格的论证如下：θ1θ2Q1Q2Q1Q3θ3Q2Q3开尔文引进新温标，令令水的三相点T3=273.16K，—热力学温标故测热量比可给出温度比，以上关系与测温物质无关，就可完全确定温度T与理想气体温标的比较1.13.克劳修斯等式和不等式热力学第二定律的表述非数学化。应该给出数学表述。出发点仍是热二定律。定律的本质是确定过程可逆和不可逆。实质上应该找到一种数学标准，区分它们。存在这样一个标准，《卡

5、诺定理》。它用效率区分了可逆和不可逆过程。但它局限于热机。目的变化《卡诺定理》，使之适合于一般过程。一、克劳修斯等式和不等式一般卡诺机可逆（＝）不可逆（≤）《卡诺定理》对热机而言，全部按吸热算吸热：吸放热：吸吸热放热二、克劳修斯等式和不等式（多热源情况）一个循环中，热力学系统1与n个热源Ti接触。吸收热量Qi。证取温度T0的一个热源。通过n个可逆卡诺机与与n个热源形成工作。从T0吸热Q0i，放热Qi。对每个卡诺机利用热二定律。(反证)一个循环从T0吸收总热量现在看总个系统。a.所有Ti不起作用。b.通过所有2对外做功。c.循环过后1、所有2和所

6、有Ti回到原来状态。总个系统从1吸热Q0，做功。根据热二定律，。若原循环可逆，则可将过程倒逆，三、克劳修斯等式和不等式（连续情况）现在已经根据热二定律，将判据从热机扩大到一般循环当一个循环中，由每一步外界与系统交换热量可逆循环不可逆循环算出克劳修斯等式和不等式dQ为系统从温度为T非热源所吸收的热量可逆循环不可逆循环1.14.熵和热力学基本方程一、熵循环可逆即过程、分别可逆。或连接A、B的可逆过程积分相等。此积分与可逆路径无关。根据场论，对应一个态函数在两个状态的值的差－熵S(JK-1)如同势能，定义相差一个常数。二、微分表示、热力学基本微分方程

7、利用热力学第一定律如果只有体积功热力学基本微分方程一般形式三、局域平衡状态局域平衡状态非平衡状态的一种。系统分割为若干部分，每一部分处在平衡状态。每一部分可以定义熵Si。系统的熵将平衡状态中定义的熵推广到非平衡状态。1.15.理想气体的熵1摩尔n摩尔状态参量为n摩尔例理想气体，初态体积T，体积VA，经准静态等温体积膨胀为VB。求过程前后气体的熵变。解：初态（T,VA）终态（T,VB）1.16.热力学第二定律的数学表述一、表述的推证等号：可逆过程。不等号：不可逆过程。∴R2S21S1任意IpV0对12IR选21循环元过程1、初末态都是平衡态对孤立

8、系统中进行的过程有——熵增加原理孤立系统由非平衡态向平衡态过渡时，S，最终的平衡态一定是S=Smax的状态。熵给出了孤立系统中过程进行的方向和限度。