第23章 热力学第二定律.ppt

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1、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Q1Q2W高温热库T1低温热库T2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Q1放热Q2做功WQ1=Q2+W热机效率（Q1,Q2为绝对值）二致冷机致冷系数Q1Q2W高温热库T1低温热库T2工质致冷系数吸热Q2放热Q1做功WQ1=Q2+W（Q1,Q2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

2、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Q1-Q2T1Q2Q1A=Q1-Q2Q2Q2T2T1Q2Q1Q1+Q2AQ2T2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

3、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（Freeexpansion）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（Heatconduction）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

4、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T1+△TT1+2△TT1+3△TT2系统从T1到T2准静态过程；反过来，从T2到

5、T1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=0Q吸正循环A>0pV0Q放逆循环A<0pV0循环为准静态过程，在状态图中对应闭合曲线。二卡诺循环两个等温过程和两个绝热过程组成。PVT1T2abcdo等温abcdPVT1T2abcdo绝热bcda两式相除卡诺循环效率PVT1T2卡诺循环的热机效率：卡诺热机卡诺致冷机PVT1T2致冷系数：二卡诺定理23.4热力学温标（自看）P163卡诺定理：1）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一

6、切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关；2）在相同的高温热库和相同的低温热库之间工作的一切不可逆热机，其效率不可能大于可逆热机的效率。热力学第三定律：绝对零度达不到。PV△Qi1△Qi2Ti1Ti2任一可逆循环，用一系列微小可逆卡诺循环代替。每一可逆卡诺循环都有：23.5熵所有可逆卡诺循环加一起：分割无限小：任意两点1和2，连两条路径c1和c212c1c2定义状态函数S，熵对于微小过程注意是过程有关的小量但是真正的微分熵公式可以对任意可逆过程计算系统熵的变化，即只可计算相对值；对非平衡态克劳修斯熵公式无能为力。如果两个平衡态之间，不是由准静态

7、过程过渡的，要利用熵公式计算系统熵的变化，就要设计一个可逆过程再计算。例：1kg0oC的冰与恒温热库（t=20oC）接触，冰和水微观状态数目比？（熔解热λ=334J/g）最终熵的变化多少？解：冰融化成水水升温，过程设计成准静态过程，即，与一系列热库接触热库，设计等温放热过程总熵变化例：1摩尔气体绝热自由膨胀，由V1到V2，求熵的变化。1）由玻耳兹曼熵公式，因（R=kNA）2）是否？设计一可逆过程来计算PVV1V2abc1234a）b）c）23.6熵增加原理孤立系统所进行的自然过程总是有序向无序过渡，即总是沿着熵增加的方向进行。如：功热转换，热传

8、递，理想气体绝热自由膨胀等。亚稳态Sxx为某一宏观参量熵补偿原理对开放系统AA′外界可以但须以保证当一个孤立系统在经历了一变化过程后，系统的熵不会减少