第3章热力学第2定律.2.ppt

第三章 热力学第二定律 本章基本要求： 1.理解自发过程、卡诺循环、卡诺定理。 2.掌握热力学第二定律的文字表述和数学表达式。 3.理解熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数定义；掌握熵增原理、熵判锯、亥姆霍兹函数判锯、吉布斯函数判锯。 4.掌握物质纯PVT变化、相变化中熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数的计算及热力学第二定律的应用。 5.掌握主要热力学公式的推导和适用条件。 6.掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式；理解推导热力学公式的演绎方法。 7.理解克拉佩龙方程、克劳修斯——克拉佩龙方程，掌握其计算。 §3-1卡诺循环 1.热机 通过工作介质从高温热源吸热作功，然后向低温热源放热本身复原，如此循环操作，不断将热转化为功的机器。 二、卡诺循环 卡诺为研究热机效率设计了四个可逆步骤组成的循环称为循环卡诺循环： 卡诺循环四个步骤： (以理想气体为工作介质) 1.恒温可逆膨胀 (P1V1T1)——(P2V2T1) 2.绝热可逆膨胀 (P2V2T1)——(P3V3T2) 3.恒温可逆压缩 (P3V3T2)——(P4V4T2) 4.绝热可逆压缩 (P4V4T2)——(P1V1T1) 三、卡诺热机效率?C 因为是循环过程所以?U=0，-W=Q=Q1+Q2 以理想气体为工作介质: Q1=-W(1?2)=nRT1ln(V2/V1) Q2=-W(3?4)=nRT2ln(V4/V3) 第2,4步为绝热过程，符合理想气体绝热可逆过程方程，即： T1V2?-1= T2V3?-1， T2V4?-1 = T1V1?-1 ?T1/T2 = (V3/V2)?-1， T1/T2 = (V4/V1)?-1 ? V3/V2= V4/V1， ? V4/V3 =V1/V2 ? Q2=nRT2ln(V1/V2)=-nRT2ln(V2/V1) §3-2自发过程的共同特征 一、自发过程： 二、自发过程的特征 １．隔离系统内具有某种推动力；?T,?P,?C?? ２． 过程的方向是使推动力减小; ３．过程限度是推动力?0 ４．是热力学不可逆过程；（其逆过程不可能使系统和环境都复原） ５．具有作功能力 §3-3热力学第二定律 一、热力学第二定律文字表述 １．克劳修斯说法：热不能自动从低温(物体)流向高温(物体)。 ２．开尔文说法：不能从单一热源吸热作功而无其它变化。或：第二类永动机不能实现。 二、卡诺定理 Carnot 证明: 所有工作在两个相同高低温热源间的热机,以可逆热机的效率为最大. 即 实际热机为不可逆热机 = 实际热机为可逆热机 Carnot定理推论: 在T1和T2两热源间工作的所有可逆热机,其效率必相等,与 工作物质及其变化种类无关. 或 对 无限小循环 三、熵函数的导出 五、熵判据与熵增原理 １、绝热过程 当?Q=0时: 　　dS(绝热)≥0 ?S(绝热)≥0 上式表明系统发生一个绝热过程，若是绝热可逆过程则熵不变，若是绝热不可逆过程则熵增大，系统发生一个绝热过程，熵不可能减小。 §3-4 熵变的计算 一、熵差计算一般式： 　　　　由定义式计算 二、环境熵差计算： 对环境仍用 　　　但在通常情况下，环境很大，与系统交换的热可视为可逆热且环境恒温。如：大气、海洋等??。 则：Qr(环)=Q(环)=-Q(系) ? 对恒温大环境　　　　 系统熵差计算： (a) 等温过程　　 (b) 等压过程 　　　若Cp,m 是常数