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文档简介
3.5Clausius不等式与熵增加原理Clausius不等式—热二定律的数学表达式熵增加原理Clausius
不等式的意义T-S图及其应用2024/4/3Clausius不等式设温度相同的两个高、低温热源间有一个可逆机和一个不可逆机。根据卡诺定理:则推广为与多个热源接触的任意不可逆过程得:则:2024/4/3Clausius不等式或设有一个循环,为不可逆过程,为可逆过程,整个循环为不可逆循环。则有如A
B为可逆过程将两式合并得
Clausius
不等式:2024/4/3Clausius不等式是实际过程的热效应,T是环境温度。若是不可逆过程,用“>”号,可逆过程用“=”号,这时环境与体系温度相同。一不可逆过程的热温商之和小于该过程系统始终态之间的熵变。熵是状态函数,当始终态确定,熵变数值上等于可逆过程的热温商之和。2024/4/3Clausius不等式这些都称为Clausius不等式,也可作为热力学第二定律的数学表达式。或对于微小变化:2024/4/3熵增加原理对于绝热体系, ,所以Clausius不等式为等号表示绝热可逆过程,不等号表示绝热不可逆过程。熵增加原理可表述为:在绝热条件下,趋向于平衡的过程使体系的熵增加,这就是熵增加原理。或者说在绝热条件下,不可能发生熵减少的过程。熵增原理仅能判断一过程是否为不可逆。2024/4/3熵增加原理=0可逆过程<0不可能>0不可逆过程2024/4/3熵增加原理对于孤立体系, ,所以Clausius
不等式为
等号表示可逆过程,不等号表示不可逆过程。熵增加原理可表述为:孤立系统中自发过程的方向总是朝着熵值增大的方向进行,直到在该条件下系统熵值达到最大为止,此时孤立系统达平衡态。平衡态时其中的任何过程都一定是可逆的。孤立系统排除了环境对系统以任何方式的干扰,因此,孤立系统中的不可逆过程必然是自发过程。S2024/4/3Clausius不等式的意义Clsusius不等式引进的不等号,在热力学上可以作为变化方向与限度的判据。“>”号为不可逆过程“=”号为可逆过程“>”号为自发过程“=”号为处于平衡状态2024/4/3Clausius不等式的意义有时把与体系密切相关的环境也包括在一起,用来判断过程的自发性,即:
dSiso=dSsys
dSsur
0或
ΔSiso=Δ
Ssys
Δ
Ssur
0
=0平衡<0不可能>0自发过程2024/4/3Clausius不等式的意义(1)熵是系统的状态函数,是容量性质;
小结(2)可以用Clausius不等式来判断过程的可逆性;“>”号为不可逆过程“=”号为可逆过程(3)绝热过程中,若可逆,则系统的熵不变,反之,则系统的熵增加;绝热不可逆过程向熵增加的方向进行,当达平衡时,系统的熵达最大值。2024/4/3Clausius不等式的意义(4)任一隔离系统中一切自发过程都引起熵的增大。若系统已处于平衡态,则其中的任何过程一定是可逆的。
小结2024/4/3T-S图及其应用T-S图 以T为纵坐标、S为横坐标所作的表示热力学过程的图称为T-S图,或称为温-熵图。T-S图的用处: (1)体系从状态A到状态B,在T-S图上曲线AB下的面积就等于体系在该过程中的热效应,一目了然。2024/4/3T-S图及其应用(2)容易计算热机循环时的效率热机所作的功W为闭合曲线ABCDA所围的面积。图中ABCDA表示任一可逆循环。ABC是吸热过程,所吸之热等于ABC曲线下的面积;
CDA是放热过程,所放之热等于CDA曲线下的面积。2024/4/3T-S图的优点:(1)既显示体系所作的功,又
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