热力学第二定律讲课提纲.ppt
《热力学第二定律讲课提纲.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热力学第二定律讲课提纲.ppt(28页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、热力 学第 二定 律讲 课提 纲 自然过程的方向性问题 可逆与不可逆过程 热力学第二定律的表述 (宏观描述)(微观描述) 熵函数的引入 熵增原理 热力学几率的引入 玻尔兹曼关系 热二定律的统计意义 熵概念的泛化 下页下页 1 7-9 卡诺定理 热力学温标 一 卡诺定理 (1)在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的 一切可逆热机其效率都相等,而与工作物质无关。 (2)在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的 一切热机中,不可逆热机的效率不可能大于可逆热机 的效率。 讨论: 这里的热源均指温度均匀的恒温热源; 可逆热机必然是作卡诺循环的可逆卡诺机。 上页上页 下页下页 2 2.用熵增原理证明.
2、对任意的一个热机工作循环过程,工作物质从 高温热源(温度为T1)吸收热量为Q1,在低温热源 (T2)放出热量Q2,整个复合系统包括高温热源、 低温热源和工作物质三部分.由于高温热源和低温热 源的温度分别保持不变,经过一个循环后工质恢复 到原状态.那么,在一个循环过程中,高温热源、低 温热源及工作物质的熵的变化分别为: 整个复合系统为一封闭的孤立系统,由熵增原理知, 1.用第二定律证明(见教材P374) 下页下页 上页上页 3 于是有 由热力学第一定律 及热机中经过一个循环后的工作物质内能不变 知,在一个循环中热机对外作功为 于是 代入(3)式,有 解之得 所以热机的效率 下页下页 上页上页 4
3、 讨论: 上页上页 下页下页 由卡诺定理知 任意(arbitrary)可逆卡诺热机的效率都等 于以理想气体为工质的卡诺热机的效率 亦即有 T1、T2为理想气体温标定义的温度 卡诺定理可表达为 A代表任意,R代表可逆 “=” 当A为可逆热机时, “” 当A为不可逆热机时。 5 卡诺定理的意义 指出了提高热机效率的途径:使实际的不可逆机过程 尽量地接近可逆机;尽量地提高两热源的温度差,实 际热机中,提高热机的效率应当从提高高温热源的温 度着手。 上页上页 下页下页 6 二热力学温标 卡诺定理表明,工作于相同的高温热源和相同的低 温热源之间的一切可逆热机的效率都相等,并且与 工作物质无关.设有温度分
4、别为1、2的两恒温热源 ,可逆卡诺热机的工质在处吸收热量为Q1,在处放 出热量为Q2,则其效率为 我们可以这样选择温标,使得 由卡诺定理知,上式对任意工作物质都成立.,那 么,据此来标定温度1、2的数值就与具体测温 物质无关. 下页下页 上页上页 7 上页上页 下页下页 选取水的三相点为固定点后, 热力学温标 Q为测温量。 与测温质及其属性无关, 与理想气体温标成正比。 开尔文建议引进新的温标T 令:T 于是有 8 上页上页 下页下页 当采用同一固定点时 T热 = T理 在理想气体能够确定的温度范围内,热 力学温标等于理想气体温标。 引入热力学温标后,卡诺循环的效 率 其中T1、T2可看作热力
5、学温标所确定的温度。 9 三内能和状态方程的关系 如图所示为一种物质经历一微小的可逆卡诺循环, 是温度为的等温线,是温度为的等 温线,和都是绝热线设该循环足够小, 可被近似地看作是平行四边形该循环的功由 的面积确定由图可知,这面积等于的 面积(图中和都与轴垂直) 因此 其中, 即图中段,它代 表在体积不变的条件下压强的减 少; 上页上页下页下页 10 即图中段,它代表在 等温过程中体积的增加 根据热力学第一定律,在等温过 程中系统从外界吸收的热量为 式中最后一项代表在等温过程中内能的增量 设点的压强为p,则点的压强为p- p,于是梯形 的面积为p-( p)T/2( V)T,代入上式,即得 上页
6、上页下页下页 11 根据卡诺定理,可逆循环的效率为 或 将()()代入()并略去三级无穷小量, 得 此式可化为 上页上页 下页下页 12 取卡诺循环趋于无穷小的极限,上式化为偏微商的 形式移项后得 这样,应用热力学第二定律就把物质的状态方程和 内能两方面的性质联系起来了 值得指出,上式与任何具体的物质分子结构模型 无关 对于气体,有关其状态方程的数据很多,通过上 式可由这些信息求得气体内能随体积的变化 上页上页 下页下页 13 例:设已知范德瓦尔斯方程,求其内能 解:范德瓦尔斯方程可写为 故 按前式, 上页上页 下页下页 14 由前知,范德瓦尔斯气体内能依赖于温度部分与理 想气体一样,皆为 故
7、范德瓦尔斯气体的内能表达式为 上页上页 下页下页 另外还可以讨论平衡热辐射光子气体的内能 15 熵增原理也就是热力学第二定律,在工程技术 上有多方面的应用.另外,通过熵的玻尔兹曼关系式 ,熵获得了统计解释,为熵概念的推广及热力学进入 其他学科领域开辟了道路. 1.熵增原理概括了热力学第二定律的各种文字表述. 2.熵增原理用于判断过程进行的方向. 3.熵增原理确定了热功转换设备理想性能的上限. (可用于估计最小功.) 4.熵增原理提供了评价能量品质的方法. 5.熵增原理给出了系统的平衡态判据. 下页下页 上页上页 16 按照熵增原理,一切孤立系中所发生的不可逆过 程,是以系统达到熵最大的平衡态而
8、告终.于是这可以 作为系统是否处于平衡态的判据. 一个简单的孤立系统其内能和体积是不变的.在此 前提下,对于一切可能的变动而言,其平衡态的熵最 大.这叫做热动平衡的熵判据. 一些系统不是孤立的,但如果把与它发生相互作 用的物体也考虑进来构成复合系统,那就是个大的孤 立系,上述熵判据便可用了. 实际应用中,对于一些处于常规物理条件下的孤 立系统,往往根据熵判据而推导出更方便的平衡判据. 重要的情况有两种: 下页下页 上页上页 17 (1)定温定体(积)条件下的自由能判据; (2)定温定压条件下的吉布斯函数判据. 总之,一个热力学系统有五个态函数: 内能U、焓H、熵S、自由能F、自由焓G. 还有三
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热力学第二定律 讲课 提纲
链接地址:https://www.31doc.com/p-3355284.html