文本物理25熱力學

1、 13-7 熵 熵增加原理 Entropy Principle of Entropy Increase一、熵 Entropy1、熵概念的引入可逆卡諾機:結論 ：可逆卡諾循環(huán)中，熱溫比總和為零 。熱溫比:高溫熱源T1低溫熱源2T工質工質1Q1Q2Q2Q1、熵概念的引入一微小可逆卡諾循環(huán)對所有微小可逆卡諾循環(huán)求和時，則結論 : 對任一可逆循環(huán)過程，熱溫比之和為零。一、熵 Entropy任意的可逆循環(huán)可視為由許多可逆卡諾循環(huán)所組成。1、熵概念的引入ACBBDAACBBDAACBADB一、熵 EntropyABCD可逆過程 1、熵概念的引入ACBADB 在可逆過程中，系統(tǒng)從狀態(tài) A 變化到狀態(tài) B ，

2、其熱溫比的積分只決定于始末狀態(tài)，與過程無關。引入態(tài)函數(shù)熵一、熵 EntropyABCD可逆過程 據(jù)此可知可逆過程中熱溫比的積分是一態(tài)函數(shù)的增量。1、熵概念的引入ACBADB一、熵 EntropyABCD可逆過程 引入態(tài)函數(shù)熵1）熵是狀態(tài)的單值函數(shù)（態(tài)函數(shù)）；3）熵是廣延量，熵值具有可加性。當系統(tǒng)分為幾個 部分時， 各部分的熵變之和等于系統(tǒng)的熵變。 2）系統(tǒng)熵增（熵變）與過程無關， 只決定于系統(tǒng)的始態(tài)和末態(tài)；系統(tǒng)的總熵 = 各部分熵之和; 即 S= Si 或 S=dS21BASASB無限小可逆過程:1、熵概念的引入一、熵 Entropy2、熵增（熵變）的計算為了正確計算熵變，必須注意以下幾點：1

3、）熵是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)2）對于可逆過程熵變可用下式進行計算3）如果過程是不可逆的不能直接應用上式一、熵 Entropy 由于熵是一個態(tài)函數(shù)，熵變和過程無關，可以設計一個始末狀態(tài)相同的可逆過程來代替，然后再應用上式進行熵變的計算。證明： 理想氣體絕熱自由膨脹過程是不可逆的 。假設一可逆等溫膨脹過程12二、熱力學第二定律的熵表述（熵增加原理） 孤立系統(tǒng)不可逆過程孤立系統(tǒng)可逆過程 孤立系統(tǒng)中的可逆過程，其熵不變； 孤立系統(tǒng)中的不可逆過程，其熵要增加 .熵增加原理：孤立系統(tǒng)的熵永不減少。或二、熱力學第二定律的熵表述（熵增加原理）在孤立系統(tǒng)發(fā)生的自然過程，總是沿著熵增加的方向進行。熵增加原理的應用 ：

4、 給出自發(fā)過程進行方向的判椐一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行。或者說，在孤立系統(tǒng)發(fā)生的自然過程，總是沿著熵增加的方向進行。三、熵概念的推廣（了解）1、熵與能量熱律： 能量守恒熱律： 能量轉化能力對熱律深入認識A)能量退化角度認識 孤立系統(tǒng)內發(fā)生的自發(fā)過程 必然導致能量的退化B)熵的角度認識 孤立系統(tǒng) 導致熵的增加熵是能量不可用程度的量度熵增是能量退化的量度能量危機 就是熵的危機三、熵概念的推廣（了解）2、熵與生命熱律： 孤立系統(tǒng) 無序度增加 熵增加 生物體的生長和物種進化是從無序到有序的發(fā)展熵產(chǎn)生 內部(恒為正)熵 流 外界(可正、可負、可零)開放系統(tǒng)：稱負熵流衰亡階段 0系統(tǒng)吸熱 W 0

5、 系統(tǒng)對外界作功Q 0系統(tǒng)放熱 W 0 外界對系統(tǒng)作功12 某一過程，系統(tǒng)從外界吸熱 Q，對外界做功 W ，系統(tǒng)內能從初始態(tài) E1 變?yōu)?E2，則由能量守恒：對無限小過程：一般規(guī)定:一、熱力學第一定律 2、熱功、熱量、內能的計算元功：P0VW（P1,V1, T）（P2,V2 , T）功的大小等于PV 圖上過程曲線 P = P(V) 下的面積 功不僅與初態(tài)和末態(tài)有關，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過程有關。1) 準靜態(tài)過程的功的計算一、熱力學第一定律 2、熱功、熱量、內能的計算2)準靜態(tài)過程的熱量的計算 A、摩爾熱容 C ： 1 摩爾物質經(jīng)過某一熱力學過程， 溫度升高（降低）1K 所需要吸收

6、（釋放）的熱量。摩爾物質經(jīng)過一熱力學過程：一、熱力學第一定律 2、熱功、熱量、內能的計算2)準靜態(tài)過程的熱量的計算B、理想氣體的等容摩爾熱容 CV與等壓摩爾熱容 CP（1）等容(定體)摩爾熱容：邁耶公式i ：理想氣體分子的自由度（2）等壓(定壓)摩爾熱容：一、熱力學第一定律 2、熱功、熱量、內能的計算2)準靜態(tài)過程的熱量的計算B、理想氣體的等容摩爾熱容 CV與等壓摩爾熱容 CP（3）泊松比 ( Poissons Ratio ) (比熱容比)一、熱力學第一定律 2、熱功、熱量、內能的計算3)理想氣體的內能 摩爾理想氣體系統(tǒng)處于某一狀態(tài)， 溫度為T ，其內能 E 為：一、熱力學第一定律過程特點：絕

7、熱過程的過程方程(絕熱方程 )絕熱過程絕熱線等溫線PV0絕熱線較陡二、熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)1、熱機效率2、致冷系數(shù)經(jīng)歷一個循環(huán)，總吸熱總放熱經(jīng)歷一個循環(huán)，總吸熱總放熱三、熱力學第二定律 熵1）開爾文（1851）表述： 不可能制成一種循環(huán)動作的熱機，只從單一 熱源吸取熱量，使之全部變成有用的功而不產(chǎn)生 其他任何影響 。 1、熱力學第二定律 Second Law of Thermodynamics 2）克勞修斯（1850）表述： 熱量不可能自動地從低溫物體傳到高溫物體 熱力學第二定律的實質: 自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的。三、熱力學第二定律 熵 2、熵A）熵是狀態(tài)的單值函數(shù)（態(tài)函數(shù)）；C）熵是廣延量，熵值具有可加性。當系統(tǒng)分為幾個 部分時， 各部分的熵變之和等于系統(tǒng)的熵變。 B）系統(tǒng)熵增（熵變）與過程無關， 只決定于系統(tǒng)的始態(tài)和末態(tài)；系統(tǒng)的總熵 = 各部分熵之和; 即 S= Si 或 S=dS21BASASB無限小可逆過程:1）熵概念的引入三、熱力學第二定律 熵 2、熵2）熵增（熵變）的計算為了正確計算熵變，必須注意以下幾點：A）熵是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)B）對于可逆過程熵變可用下式進行計算C）如果過程是不可逆的不能直接應用上式