[理学]25热力学第二第三定律ppt课件

1、第第2727章章 热力学第二定律热力学第二定律君不见，黄河之水天上来，奔腾到海不复还，君不见，高堂明镜悲青丝，朝如青丝暮成雪。 -李白一一 热力学第二定律的提出热力学第二定律的提出 1 1 功热转换的条件，第一定律无法阐明功热转换的条件，第一定律无法阐明. .2 2 热传导的方向性、气体自在膨胀、物热传导的方向性、气体自在膨胀、物质的混合等不可逆性问题，第一定律无法质的混合等不可逆性问题，第一定律无法阐明阐明. . 1 开尔文说法开尔文说法 不能够制造出这样一种循环任务的热不能够制造出这样一种循环任务的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其它物体，

2、或者说不使外界发生出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化任何变化 .热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 开尔文表述图示开尔文表述图示热源热源1T热机热机1QW 等温膨胀过程是从单一热等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热源吸热作功，而不放出热量给其它物体，但它是非量给其它物体，但它是非循环过程循环过程.12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoAUTQ A低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 卡诺循环是循环过程，但需两个卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化热源，且使外界发生变化

3、. .第二类永动机第二类永动机1 1，分子热能完全转化为功，分子热能完全转化为功2 2，“无偏二极管无偏二极管2004年报道：中国科学院生物物理研讨所研讨员徐业林发明的无偏二极管,陆续获得了俄、英、美、中四国的发明专利.在不需求外加电能、化学能、太阳能等能量的条件下,只需环境温度高于负273,该器件就能奇观般地输出直流电流这将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源。 2 克劳修斯说法克劳修斯说法 不能够把热量从低温物体自动传到不能够把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化高温物体而不引起外界的变化 .高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T1Q图示：图示： 虽然卡诺致冷机能把热量从低

4、温物体移至虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化高温物体，但需外界作功且使环境发生变化 .高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QWVop2TW1TABCD21TT 2Q1Q注注 意意 1 热力学第二定律是大量实验和阅历热力学第二定律是大量实验和阅历的总结的总结. 3 热力学第二定律可有多种说法，每热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映了自然界过程进展的方向性种说法都反映了自然界过程进展的方向性 . 2 热力学第二定律开尔文说法与克劳热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性修斯说法具有等效性 .用热二律证明绝热线与等温

5、线不能相交于用热二律证明绝热线与等温线不能相交于2 2点。点。用热二律证明两条绝热线不能相交。用热二律证明两条绝热线不能相交。 pVOABTV pOABTC一个热力学过程，假设其每一步都可以在相反方向上进展，而且使系统和外界都恢复原态，那么称为可逆过程。一个热力学过程，假设其每一步都可以在相反方向上进展，而且使系统和外界都恢复原态，那么称为可逆过程。反之，假设用任何方法都不能使系统和外界都复原，那么称为不可逆过程。反之，假设用任何方法都不能使系统和外界都复原，那么称为不可逆过程。T1T2 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程讨论：讨论：(1) (1) 摩擦阻力及其它摩擦阻力及其它损失可略时

6、，准静态损失可略时，准静态过程是可逆过程过程是可逆过程l(2) 所谓不可逆过程，所谓不可逆过程，不是说其逆过程一定不不是说其逆过程一定不能进展，而是说不能使能进展，而是说不能使系统和外界都复原，而系统和外界都复原，而留有痕迹留有痕迹l(3) 可逆过程是一个理想的可逆过程是一个理想的极限，实践的宏观过程都是极限，实践的宏观过程都是不可逆的不可逆的T1T2 pVOABA = QT pVOABTV1 V2 12lnVVRTA等温等温 A B如：如：12lnVVRTQ等温等温 A B准静态过程无限缓慢的过程，且无摩准静态过程无限缓慢的过程，且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无能量擦力、粘滞力或其它耗

7、散力作功，无能量耗散的过程耗散的过程 . .可逆过程的条件可逆过程的条件非自发传热非自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导热传导 热功转换热功转换完全完全功功不完全不完全热热 自然界一切与热景象有关的实践宏观过自然界一切与热景象有关的实践宏观过程都是不可逆的程都是不可逆的 .热力学第二定律的本质热力学第二定律的本质无序无序有序有序自发自发非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发自发(1) (1) 在一样高温热源和低温热源之间任务在一样高温热源和低温热源之间任务的恣意任务物质的可逆机都具有一样的效的恣意任务物质的可逆机都具有一样的效率率 . . 三三 卡诺定

8、理卡诺定理(2) (2) 任务在一样的高温热源和低温热源之任务在一样的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不能够大于可间的一切不可逆机的效率都不能够大于可逆机的效率逆机的效率 . .以卡诺机为例，有以卡诺机为例，有( ( 不可逆机不可逆机 ) )可逆机可逆机121121 TTTQQQ2211TQTQ02211TQTQ121121TTTQQQ可逆卡诺机可逆卡诺机四四 热力学熵热力学熵如何判别孤立系统中过程进展的方向？如何判别孤立系统中过程进展的方向？1， 熵概念的引入熵概念的引入 结论结论 ：可逆卡诺循环中，热温比总和为：可逆卡诺循环中，热温比总和为零零 .TQ热温比热温比 等温过程中吸

9、收或放出等温过程中吸收或放出的热量与热源温度之比的热量与热源温度之比 . 恣意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环恣意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成所组成.poV一微小可逆卡诺循环一微小可逆卡诺循环011iiiiTQTQ对一切微小循环求和对一切微小循环求和0iiiTQiQ1iQ0dTQi时，那时，那么么 结论结论 : 对任一可逆循环过程，热温比之对任一可逆循环过程，热温比之和为零和为零 .0dddBDAACBTQTQTQ2 熵是态函数熵是态函数BAABTQSSd 可逆过程可逆过程 poVABCD可逆过程可逆过程ADBBDATQTQddADBACBTQTQdd 在可逆过程中，系统从形状在

10、可逆过程中，系统从形状A变化到形变化到形状状B ，其热温比的积分只决议于初末形状，其热温比的积分只决议于初末形状而与过程无关而与过程无关. 可知热温比的积分是一态函可知热温比的积分是一态函数的增量，此态函数称为熵数的增量，此态函数称为熵(符号为符号为S. 热力学系统从初态热力学系统从初态 A 变化到末态变化到末态 B ，系统熵的增量等于初态系统熵的增量等于初态 A 和末态和末态 B 之间恣之间恣意一可逆过程热温比意一可逆过程热温比 的积分的积分.TQ/d无限小可逆过程无限小可逆过程TQSdd 熵的单位熵的单位J/KBAABTQSSd 可逆过程可逆过程 二二 熵变的计算熵变的计算 1熵是态函数，

11、与过程无关熵是态函数，与过程无关. 因此因此, 可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变可计算熵变 . 2当系统分为几个部分时，当系统分为几个部分时， 各部分各部分的熵变之和等于系统的熵变的熵变之和等于系统的熵变 . 例例1 计算不同温度液体混合后的熵变计算不同温度液体混合后的熵变 . 质量为质量为0.30 kg、温度为、温度为 的水，与质量的水，与质量为为 0.70 kg、 温度为温度为 的水混合后，最后的水混合后，最后到达平衡形状到达平衡形状. 试求水的熵变试求水的熵变. 设整个系统与设整个系统与外界间无能量传送外界间无能量传送 .C90C20

12、 解解 系统为孤立系统，混合是不可逆的系统为孤立系统，混合是不可逆的等压过程等压过程. 为计算熵变，可假设一可逆等压为计算熵变，可假设一可逆等压混合过程混合过程. 设平衡时水温为设平衡时水温为 ，水的定压比热容为，水的定压比热容为T113KkgJ1018. 4pc由能量守恒得由能量守恒得)K293(70. 0)K363(30. 0TcTcppK 314TK 314T各部分热水的熵变各部分热水的熵变11111KJ 182lndd1TTcmTTcmTQSpTTp12222KJ 203lnddTTcmTTcmTQSpTTpkg 3 . 01mkg 7 . 02mK 3631TK 2932T121KJ

13、 21SSS三三 熵添加原理：熵添加原理： 孤立系统中的熵永不减少孤立系统中的熵永不减少. 孤立系统不可逆过程孤立系统不可逆过程0S孤立系统可逆过程孤立系统可逆过程0S 孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要添加立系统中的不可逆过程，其熵要添加 .0 S非平衡态非平衡态平衡态熵添加平衡态熵添加 不可逆过程不可逆过程自发过程自发过程 熵添加原理成立的条件熵添加原理成立的条件: 孤立系统或绝孤立系统或绝热过程热过程. 熵添加原理的运用熵添加原理的运用 ：给出自发过程进：给出自发过程进展方向的判据展方向的判据 . 热力学第二定律亦可表述为热力学第二定律亦可表述为 ：一切自发过程总是向着熵