《熵熵增原理》PPT課件.ppt

1、3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,1）任意可逆循環(huán)過程的熱溫商,用若干條恒溫可逆線和絕熱可逆線把 任意可逆循環(huán)分割成無數(shù)個小卡諾循環(huán),對于其中每一個小卡諾循環(huán),任意可逆循環(huán)的熱溫商之和為零，該結論又被稱為克勞修斯原理,3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,2）熵的導出,1,2,a,b,系統(tǒng)從狀態(tài)1沿可逆途徑a到達狀態(tài)2， 然后再從狀態(tài)2沿可逆途徑b回到狀態(tài)1， 構成一個可逆循環(huán),說明：（Qr/T）的積分值只與系統(tǒng)的始態(tài)及終態(tài)有關，與具體的積分途徑無關，這是典型的狀態(tài)函數(shù)的特征,熵的定義,3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,3）熵的特性,1,2,a,b,熵是狀態(tài)函數(shù),熵是廣度量,熵的單位：JK-1,4

2、）克勞修斯不等式,1,2,不可逆,可逆,根據任意不可逆循環(huán)的熱溫商之和小于零,思考：下式是否成立,3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,4）克勞修斯不等式,克勞修斯不等式也被看成是熱力學第二定律的數(shù)學表 達式,根據克勞修斯不等式可知只有可逆過程的熱溫商才等 于過程熵變，因此求熵變必須依據可逆途徑,思考題：理想氣體從某一始態(tài)出發(fā)，分別進行絕熱可逆膨脹和絕熱不 可逆膨脹，能否到達相同的終態(tài)？為什么,提示：不能。根據克勞修斯不等式，絕熱可逆過程，S=0；絕熱不可 逆過程，S0。如果能到達相同的終態(tài)，上述兩者則要相等， 顯然是不可能的,3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,5）熵判據熵增原理,說明：隔離系統(tǒng)中

3、若進行不可逆過程，則系統(tǒng)的熵必定增大；若進 行的是可逆過程，則系統(tǒng)的熵不變；不可能發(fā)生系統(tǒng)的熵減小的過程,熵判據公式,將克勞修斯不等式用于隔離系統(tǒng)，得到熵判據公式,熵增原理：隔離系統(tǒng)中自發(fā)過程向著熵增大的方向進行，當系統(tǒng)達到 平衡時熵值最大,熵增原理,將熵增原理與自發(fā)過程的特征相比較可以幫助對熵的意義的理解,熵的物理意義：熵是描述系統(tǒng)混亂度（能量分散程度）的物理量,3.3 熵，熵增原理,3.3 熵,5）熵判據熵增原理,隔離系統(tǒng)的處理,熵判據公式只能用于隔離系統(tǒng)，而絕對的隔離系統(tǒng)是不存在的,微小變化,Closed system,Isolated system,Ambiance,通常將環(huán)境發(fā)生的變

4、化近似看成是可逆變化， 因此可通過熵判據公式判斷封閉系統(tǒng)的變化是否可逆,3.4 單純pVT變化熵變的計算,4.1 環(huán)境熵變的計算,系統(tǒng)發(fā)生有限的變化時，由于環(huán)境相對較大，通常將環(huán)境發(fā)生 的不含相變化和化學變化的任何其它過程都近似看成是可逆變化,系統(tǒng)熵變的計算會遇到兩種情況： 若是可逆過程可直接用過程的吸熱計算； 若是不可逆過程，則可以利用狀態(tài)函數(shù)法，重新設計可逆途徑進行計算,注意！這里的Q系統(tǒng)，實際不一定是可逆的熱效應，而是指系統(tǒng)實際發(fā)生過 程中的熱效應,3.4 單純pVT變化熵變的計算,4.2 凝聚態(tài)變溫過程熵變的計算,注意：上述三個求熵變公式無論過程可逆與否都能運用。為什么,4.3 氣體恒

5、容變溫、恒壓變溫過程熵變的計算,恒容過程,恒壓過程,3.4 單純pVT變化熵變的計算,4.4 理想氣體pVT變化過程熵變的計算,1）理想氣體恒容過程,2）理想氣體恒壓過程,3）理想氣體恒溫過程,4）理想氣體pVT都變過程,例題：在298K時將1mol的氧氣用6atm的恒外壓從1atm恒溫壓縮 到6atm，氧氣可看成理想氣體。求該過程的S系統(tǒng)、 S環(huán)境、S隔離,分析,1）本題反抗6atm恒外壓恒溫壓縮，是不可逆過程,為什么不可逆 過程能直接用 公式計算,2）題目中涉及環(huán)境熵變的計算，必須遵循環(huán)境熵變計算原則,解題,例題： 5mol的氮氣在298K、10atm反抗1atm的恒外壓絕熱膨脹 到1atm，求該過程的S系統(tǒng)并判斷過程能否發(fā)生。氮氣 可看成理想氣體，Cp,m=7/2R,分析,本題反抗6atm恒外壓絕熱膨脹，是不可逆過程。對于絕熱不可逆 過程只能用pVT都變的公式，計算絕熱不可逆膨脹過程的終態(tài)溫度 是本題的一個重要步驟,解題,因為總的熵變大于零，所以該過程有可能發(fā)生,理想氣體發(fā)生