最新大學(xué)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)課件

1、氣體氣體活塞活塞砂子砂子一一. .準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程第第 十三十三 章章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)13 1 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 功功 熱量熱量無限緩慢無限緩慢中間狀態(tài)中間狀態(tài) 一系列平衡態(tài)一系列平衡態(tài)pv 圖圖“點點” 平衡態(tài)平衡態(tài)“曲線曲線” 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程),(111tvp),(222tvp1v2v1p2ppvo121 .lfwd二二. . 功功 系統(tǒng)體積變化系統(tǒng)體積變化21ddvvvplps注b. 過程量過程量不同過程不同過程p = f(v)形式不同形式不同a. pv 圖圖 面積面積 功功c. 功功 系統(tǒng)與能量外界交換系統(tǒng)與能量外界交換的一種方式的一種方式膨脹膨脹 對外作功對外作功

2、 內(nèi)內(nèi)外外 內(nèi)能內(nèi)能機械能機械能壓縮壓縮 外對內(nèi)作功外對內(nèi)作功 外外內(nèi)內(nèi) 機械能機械能內(nèi)能內(nèi)能2 .三三. . 熱量熱量 討論討論 下列常見過程中功的計算下列常見過程中功的計算a.等體等體 b.等壓等壓 c.等溫等溫 d.直線過程直線過程 功以外的功以外的能量交換方式能量交換方式一般一般21dttmtcq(中學(xué)中學(xué): )tcmtcmqttd21tqcmdd摩爾熱容摩爾熱容c : 比熱比熱如如cm 與與t關(guān)系不大關(guān)系不大tcqm注a. 過程量過程量b. 吸放熱與吸放熱與 t無必然關(guān)系無必然關(guān)系等體等體 cm = cv, m 等壓等壓 cm = cp, m 如如 等體或等壓等體或等壓 q 0 t

3、， q 0 (膨脹膨脹) ， q 0 (壓縮壓縮)3 .13 2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定律守恒定律外界對系統(tǒng)外界對系統(tǒng) weq一般一般系統(tǒng)對外作功系統(tǒng)對外作功 exww元過程元過程vpeweqddddd+e系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功qw注a. 符號規(guī)定：符號規(guī)定：熱一定律另一種表述：熱一定律另一種表述： 第一類永動機不可能實現(xiàn)。第一類永動機不可能實現(xiàn)。4 .exwqeb. 不同過程不同過程w , q不同不同,但其代數(shù)和但其代數(shù)和( e )不變不變da

4、bc*dabc* e adbca= 0 討論討論 以下過程熱一定律的具體形式以下過程熱一定律的具體形式(1)等體等體 (2) 等壓等壓 (3) 等溫等溫 (4) 絕熱絕熱如如 t 相同相同, (1)(2) (4) 過程過程 e是否相同是否相同? e adb= e acb5 .理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能 : 表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù) ，理想氣體的內(nèi)能僅，理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)是溫度的函數(shù) e=e(t).一一. . 等體過程等體過程 摩爾摩爾定體熱容定體熱容2211tptp13 3 理想氣體的等體過程和等壓過程理想氣體的等體過程和等壓過程摩爾熱容摩爾熱容)(11tvp,)(

5、22tvp,2p1pvpvo121. 等體過程等體過程( v = 0 wv = 0 )(1)過程方程過程方程(2)熱一定律熱一定律eqvddeqv或或1mol :tqcvvddm,tedd等體線等體線( pv 圖圖)2.摩爾摩爾定體定體熱容熱容m,vc理論值：理論值：實驗值：查表實驗值：查表 (精確精確)rirtitcv2)2(ddm,(近似近似)6 .)(dd12mm21ttctcqqvttvvv)(12mttcev元過程元過程tcevddm 適用于任何過程適用于任何過程( ? )二二. . 等壓過程等壓過程 摩爾摩爾定壓熱容定壓熱容2v)(11tvp,)(22tvp,p1vpvo12w22

6、11tvtv1. 等壓過程等壓過程( p = 0 )(1)過程方程過程方程(2)熱一定律熱一定律vpeqpddd)()(2d121221vvpttrivvpeqvvp等壓線等壓線( pv 圖圖)7 .2.摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容pmc1mol :tqcppmdd理論值：理論值：實驗值：查表實驗值：查表 (精確精確)rirctvpecvmpm22ddd(近似近似)(dd1221ttctcqqpmttpmpp)()(d121221ttrvvpvpwvvp注a.( 絕熱比絕熱比 )vmpmccb. ( 邁耶公式邁耶公式 ) rccvmpm8 .實驗值實驗值: 與分子種類以及溫度有關(guān)與分子種類以及溫度

7、有關(guān)理論值理論值: 只適用于常溫以上單原子只適用于常溫以上單原子、雙原子分子雙原子分子氣體氣體(近似近似)單原子分子單原子分子剛性雙原子分子剛性雙原子分子c. cvm與與t 關(guān)系（現(xiàn)代實驗）關(guān)系（現(xiàn)代實驗）3525233rcrcipmvm5727255rcrcipmvm272523rrrcvm對對h2低溫低溫常溫常溫高溫高溫9 .熱運動熱運動 分子內(nèi)原子的三維振動分子內(nèi)原子的三維振動* *三三. . 固體熱容固體熱容)(pmvmcccktkt32123一個分子一個分子:固體固體: 1molrtnea3rtetqc3dddd 與溫度無關(guān)與溫度無關(guān)( 1819. 杜隆杜隆-珀蒂定律珀蒂定律 )實際

8、實際 c 與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)(低溫低溫) 現(xiàn)代量子理論解釋現(xiàn)代量子理論解釋10.以上說明能量均分原理存在局限性以上說明能量均分原理存在局限性四四. . 比熱容比熱容熱容熱容tqcdd 適用固適用固、液液、電介質(zhì)電介質(zhì)、磁介質(zhì)一類物質(zhì)磁介質(zhì)一類物質(zhì)比熱容比熱容( 比熱比熱 ) cc = mc 討論討論 理想氣體等體與等壓過程各量和變化理想氣體等體與等壓過程各量和變化及及 r 的含義的含義等體等體vqvqeptept等壓等壓pqpwpqpwetvevt11.例例1 如圖，如圖，1mol常溫氫氣常溫氫氣(可視為理想氣體可視為理想氣體)從從 狀態(tài)狀態(tài) a ( p0 、v0 、t0 )變化到狀態(tài)變化到

9、狀態(tài) b ( 9p0 ) , 此過程此過程 滿足滿足 , 求求(1) w12 , (2) q12 ( 用用r、t0表示表示 )200)(vvpp ba09p0vpvo0p分析分析: : a. 此過程雖然是一個一般熱力此過程雖然是一個一般熱力學(xué)過程學(xué)過程, 但仍滿足熱力學(xué)第一但仍滿足熱力學(xué)第一定律定律,理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程, w12和和 e12可用一般計算式求解可用一般計算式求解b. q12可借助熱力學(xué)第一定律計算可借助熱力學(xué)第一定律計算 ( 答案答案 )0120120123273,65,326rtqrtertw12.例例2 1mol常溫剛性雙原子分子氣體常溫剛性雙原子分子氣體 ,分

10、別經(jīng)歷分別經(jīng)歷abc和和ac兩過程兩過程,其中其中ab為等壓過程為等壓過程,bc為等體為等體過程過程 , ac為直線過程為直線過程,分別求兩過程的分別求兩過程的w、 e 和和 q分析分析: : b. 直線過程中功可用圖中梯形面積計算直線過程中功可用圖中梯形面積計算(pv,pv3/2)bap2pvopvv2ca. 兩過程初終態(tài)相同兩過程初終態(tài)相同,故故 e 相同相同均可用均可用 求得求得)(12mttcevpvvpvpttreaaccac5 . 7)(25)(25c. 如不提供實驗值如不提供實驗值cvm 、cpm ,均可用理論值均可用理論值(近似近似)13.134 理想氣體的等溫過程和絕熱過程理

11、想氣體的等溫過程和絕熱過程恒溫?zé)岷銣責(zé)嵩丛磘vpd12)(11tvp,)(22tvp,1p1v2vvovdp2p一一. . 等溫過程等溫過程( t = 0 e = 0 )1.過程方程過程方程2211vpvp等溫線等溫線( pv 圖圖)2.熱一定律熱一定律vpwqttddd12lnvvrtwqtt2211vpvp或21pp特點特點: 通過氣體等溫變化實現(xiàn)熱功之間的完全轉(zhuǎn)換通過氣體等溫變化實現(xiàn)熱功之間的完全轉(zhuǎn)換14.)(111tvp,)(222tvp,121p2p1v2vpvovd絕熱的汽缸壁和活塞絕熱的汽缸壁和活塞二二. . 絕熱過程絕熱過程( q = 0 )1.過程方程過程方程絕熱線絕熱線(

12、pv 圖圖)trpvvpddd1cpv21ctv31ctp另另: 同時滿足物態(tài)方程同時滿足物態(tài)方程!推導(dǎo)推導(dǎo)vpedd0tcvmd1cpv消去消去dtppvvdd代入代入mm/vpccrccvpmm其它兩式其它兩式物態(tài)方程物態(tài)方程15.)(12mttcewva)(111tvp,)(222tvp,121p2p1v2vpvow2.熱一定律熱一定律vptcvmdd0awe 03.絕熱功絕熱功12211vpvp 討論討論 理想氣體等溫與絕熱過程中各量及變化情況理想氣體等溫與絕熱過程中各量及變化情況等溫等溫0ep0tp絕熱絕熱t(yī)qtwetvevttqtw0e0tawpvawvp16.絕熱壓縮溫度升高絕熱

13、壓縮溫度升高絕熱膨脹溫度降低絕熱膨脹溫度降低三三. . 絕熱線和等溫線絕熱線和等溫線aaavpvp)dd(pv常量常量pv常量常量aatvpvp)dd(apbvavapvot0qvaptpbc常量常量討論討論 如如 v 相同為什么相同為什么 ？tapp17. 例例 設(shè)有設(shè)有5 mol 的氫氣的氫氣, 最初溫度最初溫度20c , 壓強壓強pa10013. 15的的 1/10 需作的功需作的功: (1) 等溫過程等溫過程; (2) 絕熱過程絕熱過程 ; (3) 經(jīng)這兩過程后經(jīng)這兩過程后,氣體的壓強各為多少？氣體的壓強各為多少？,求下列過程中把氫氣壓縮為原體積求下列過程中把氫氣壓縮為原體積1t2t1

14、21p2p1v10122vvvpvo2p12tt 0qt 2c分析分析: : 絕熱功絕熱功1)(221112mvpvpttcwvaewa本題用本題用 計算較方便計算較方便關(guān)鍵用絕熱方程關(guān)鍵用絕熱方程先求出先求出 t212112)(vvtt18.* *四四. . 多方過程多方過程pvon = 1n = n = n = 0cpvn 實際過程實際過程( 滿足滿足 )等溫等溫 n = 1等壓等壓 n = 0等體等體 n = 絕熱絕熱 n = ( )mm/vpcc12211nvpvpw滿足滿足)(12ttcev)(12ttcqn可以證明可以證明vncnnc)1(19.0e一一. . 循環(huán)過程循環(huán)過程13

15、 5 循環(huán)過程循環(huán)過程 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)pvoab0abw1. 特點特點w = qwpvoabavbvcd0abwpvoab凈功凈功(面積面積)凈熱凈熱( 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換 )2. 兩種循環(huán)兩種循環(huán)熱機循環(huán)熱機循環(huán)( 順順、正正 )凈功凈功w 輸出輸出 熱熱 功功致冷循環(huán)致冷循環(huán)( 逆逆、負(fù)負(fù) )凈功凈功w 輸入輸入 功功熱熱20.系統(tǒng)作的凈功等于系統(tǒng)作的凈功等于pv圖圖上循環(huán)包圍的面積上循環(huán)包圍的面積二二. . 熱機與致冷機熱機與致冷機( (熱泵熱泵) )1. 熱機熱機凈功凈功 w = q1q2吸熱吸熱放熱放熱( 取正值取正值 )熱機熱機 (循環(huán)循環(huán)) 效率效率1211qqqw代代價價效效果

16、果高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?燃料燃料 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?環(huán)境環(huán)境(b) 蒸汽機示意圖蒸汽機示意圖高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q熱熱機機2qw(a) 熱機示意圖熱機示意圖21.致冷系數(shù)致冷系數(shù)2122qqqwqe代代價價效效果果高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q致致冷冷機機w2q高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?環(huán)境環(huán)境 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?冷庫冷庫 2. 致冷機致冷機凈功凈功吸熱吸熱輸入輸入( 取正值取正值 )放熱放熱( 取正值取正值 )w = q1q2注b. 計算計算 或或 e 善于選擇兩種計算式善于選擇兩種計算式a. iqq元過程吸元過程吸(放放)熱之和熱之和22.-w = - q放熱放熱+q吸熱吸熱= -

17、 q1+q2abpvocdabpvocpvoabc等溫線等溫線絕熱線絕熱線pvoabc 討論討論 判斷分過程的吸放熱情況，判斷分過程的吸放熱情況，且如何計算且如何計算 較簡便？較簡便？23.例例1 汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程( (otto循環(huán)循環(huán)),),其中其中ab和和cd為絕熱過程為絕熱過程, ,求此循環(huán)效率求此循環(huán)效率.cdbapv1v2ov分析分析: : a. 奧托循環(huán)奧托循環(huán) 四沖程汽油機四沖程汽油機)(1bcvttcq式中式中t 可用絕熱方程式換算可用絕熱方程式換算v 之間關(guān)系之間關(guān)系b. 利用利用 計算簡便計算簡便121qq)()(2advdavttc

18、ttcq24.vop2tw1tabcd1p2p4p3p1v4v2v3v21tt 三三. . 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) (1824 carnot 理想循環(huán)理想循環(huán))1.卡諾熱機卡諾熱機 ( 正循環(huán)正循環(huán) )4個準(zhǔn)靜態(tài)過程個準(zhǔn)靜態(tài)過程( 等溫與絕熱等溫與絕熱 )t1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩磘2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q2qwabqcdq1211lnvvrtqqab4322lnvvrtqqcd132121vtvt142111vtvt4312vvvv121211ttqq25.vop2tw1tabcd21tt 212212tttqqqe2q1q2. 卡諾致冷機卡諾致冷機 ( 逆循環(huán)逆循環(huán) )t1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩磘2低溫?zé)嵩吹?/p>

19、溫?zé)嵩?q2qw 例例2 一電冰箱放在室溫為一電冰箱放在室溫為20c 的房間里的房間里,冰箱儲藏柜中的溫度冰箱儲藏柜中的溫度 維持在維持在5c . 現(xiàn)每天有現(xiàn)每天有2.0107j 的熱量自房間傳入冰箱內(nèi)的熱量自房間傳入冰箱內(nèi), 若維若維 持冰箱內(nèi)溫度不變持冰箱內(nèi)溫度不變, 外界每天需外界每天需 作多少功作多少功,其功率為多少其功率為多少? 設(shè)在設(shè)在 5c至至20c之間的冰箱的致冷系之間的冰箱的致冷系 數(shù)是卡諾數(shù)是卡諾致冷致冷系數(shù)的系數(shù)的 55% .26.21211t2t2w1w21ww povpov2t3t2w1w1t21ww 討論討論 圖中兩卡諾循環(huán)效率相等嗎圖中兩卡諾循環(huán)效率相等嗎 ？注指

20、導(dǎo)意義指導(dǎo)意義 t1t2 現(xiàn)代熱機方向現(xiàn)代熱機方向121tt27. 136 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 卡諾定理卡諾定理問題問題a. 提高提高 有無限制？有無限制？如如 q2= 0 (單一熱源熱機單一熱源熱機) = 1 (第二類永動機第二類永動機)把吸熱全部轉(zhuǎn)化功輸出把吸熱全部轉(zhuǎn)化功輸出 ( 指循環(huán)過程指循環(huán)過程 )c. 混合氣體能否自動分離？混合氣體能否自動分離？b. 高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體q自發(fā)？自發(fā)？自發(fā)自發(fā)q歸納：歸納：自發(fā)過程的方向性問題？自發(fā)過程的方向性問題？不滿足熱力學(xué)第一定律的過程絕不會發(fā)生不滿足熱力學(xué)第一定律的過程絕不會發(fā)生反之反之 , 滿足熱力學(xué)第一定律的過程不

21、一定能自動發(fā)生滿足熱力學(xué)第一定律的過程不一定能自動發(fā)生28. 一一. . 熱力學(xué)第二定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述 1. kelvin表述表述不可能不可能！循環(huán)熱機循環(huán)熱機單一熱源單一熱源或或不使外界發(fā)生變化不使外界發(fā)生變化 ( q2= 0 )第二類永動機第二類永動機( =1)啟示：啟示：單一過程吸熱可全部轉(zhuǎn)化為機械功單一過程吸熱可全部轉(zhuǎn)化為機械功( 等溫膨脹等溫膨脹 )(熱機熱機)循環(huán)過程吸熱不可全部轉(zhuǎn)化為機械功輸出循環(huán)過程吸熱不可全部轉(zhuǎn)化為機械功輸出2. clausius表述表述不可能不可能！熱量自動從低溫到高溫物體傳遞熱量自動從低溫到高溫物體傳遞而而不引起外界變化不引起外界變化2

22、9. 等溫膨脹過程是從等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，單一熱源吸熱作功，而而不不放出熱量給其它物體放出熱量給其它物體，但它是非循環(huán)過程，但它是非循環(huán)過程.12),(11tvp),(22tvp1p2p1v2vpvowetq w低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?t高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?t卡諾熱機卡諾熱機1q2qwvop2tw1tabcd21tt 卡諾循環(huán)是循環(huán)過程，但需兩個熱卡諾循環(huán)是循環(huán)過程，但需兩個熱源，且使外界發(fā)生變化源，且使外界發(fā)生變化. 雖然卡諾致冷機能把熱量從低溫物體移至雖然卡諾致冷機能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化 .高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?

23、t低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?t卡諾致冷機卡諾致冷機1q2qwvop2tw1tabcd21tt 2q1q 高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體q不自發(fā)不自發(fā)(外界干預(yù)外界干預(yù))自發(fā)自發(fā)q啟示：啟示：注b. 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 所有過程必要條件所有過程必要條件a. 兩種表述兩種表述 等價等價( 可互相驗證可互相驗證 )熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 自發(fā)過程進(jìn)行的方向性自發(fā)過程進(jìn)行的方向性 二二. . 可逆過程與不可逆過程可逆過程與不可逆過程1. 定義定義可逆過程可逆過程 反過程重復(fù)正過程每一狀態(tài)反過程重復(fù)正過程每一狀態(tài)且且不引起其它變化不引起其它變化任何一項任何一項不滿足不滿足不可逆過程不可逆過程o

24、12正正vp反反30 .c。實驗和經(jīng)驗的總結(jié)關(guān)鍵關(guān)鍵重復(fù)每一狀態(tài)重復(fù)每一狀態(tài)不引起外界變化不引起外界變化 反過程需消除正過程一切影響反過程需消除正過程一切影響( 要求要求 w正正+w反反= 0 q正正+q反反= 0 )2. 條件條件 無限緩慢無限緩慢+ 無任何耗散無任何耗散 ( 如無摩擦如無摩擦 )( 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 )討論討論 下列過程的可逆性下列過程的可逆性氣體正常膨脹與壓縮氣體正常膨脹與壓縮、熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)、純力學(xué)過程純力學(xué)過程結(jié)論結(jié)論:自然界中一切與熱有關(guān)的過程自然界中一切與熱有關(guān)的過程 不可逆不可逆過程過程可逆過程可逆過程 理想過程理想過程 (有理論意義有理論意

25、義)注不可逆過程不可逆過程 正反過程條件不等價正反過程條件不等價并不是反過程不能進(jìn)行并不是反過程不能進(jìn)行31 .三三. . 卡諾定理卡諾定理1. 任意工作物質(zhì)任意工作物質(zhì)可逆機可逆機 相等相等相同高低溫相同高低溫?zé)嵩礋釞C熱源熱機2. (可逆卡諾可逆卡諾)= 可逆機可逆機 ep水低水低由卡諾定理由卡諾定理、對可逆卡諾循環(huán)對可逆卡諾循環(huán)121211ttqq22112211tqtqtqtq即即( q2要取負(fù)值要取負(fù)值 )02211tqtq得得( 熱溫比之和為零熱溫比之和為零 )推廣推廣 任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)33 .vpoabcdefghpvo推廣推廣 任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)0iiitqbacb

26、actqtqtq21dd0dpovabc1c2物理量物理量 ( 熱溫比熱溫比 )積分與路徑無關(guān)積分與路徑無關(guān)tqd 新的態(tài)函數(shù)新的態(tài)函數(shù)定義定義baabtqssdtqsdd元過程元過程可逆過程可逆過程34 .二二. . 熵變計算熵變計算1. 熵熵s 態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù)對于實際不可逆過程對于實際不可逆過程,可自行設(shè)計一可逆過程可自行設(shè)計一可逆過程用用 計算計算stqd2. 可加性可加性21sss 只與始末狀態(tài)有關(guān)只與始末狀態(tài)有關(guān),與過程無關(guān)與過程無關(guān)35 .例例1 計算不同溫度液體混合后的熵變計算不同溫度液體混合后的熵變 . 質(zhì)量為質(zhì)量為0.30 kg、溫度為溫度為90c 的水的水,與質(zhì)量為與質(zhì)量為

27、0.70 kg、 溫度溫度為為20c 的水混合后的水混合后,最后達(dá)到平衡狀態(tài)最后達(dá)到平衡狀態(tài). 試求水的試求水的熵變熵變. 設(shè)整個系統(tǒng)與外界間無能量傳遞設(shè)整個系統(tǒng)與外界間無能量傳遞 .分析分析: : a. 液體混合液體混合 設(shè)為可逆等壓過程設(shè)為可逆等壓過程看成孤立系統(tǒng)看成孤立系統(tǒng)不可逆過程不可逆過程b.系統(tǒng)熵變系統(tǒng)熵變21sss熱水熱水冷水冷水ttpttpttcmttcm21dd21 熱平衡溫度熱平衡溫度t 1kj 2031kj 182021sss討論討論 ？不可逆過程不可逆過程孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)36 .（已知水的定壓比熱容（已知水的定壓比熱容cp4.18x103j/kg.k)例例2 求熱傳導(dǎo)中

28、的熵變求熱傳導(dǎo)中的熵變. 如圖示如圖示,有一個容器是由絕熱材料做成有一個容器是由絕熱材料做成.容器內(nèi)有容器內(nèi)有兩個彼此相接觸的物體兩個彼此相接觸的物體a和和b,它們的溫度分別為它們的溫度分別為 ta和和tb , 且且tatb .容器內(nèi)容器內(nèi)a、b間有熱量傳遞間有熱量傳遞. 試求它們的熵變試求它們的熵變.atbtbatt q絕熱壁絕熱壁熱傳導(dǎo)無限緩慢進(jìn)行熱傳導(dǎo)無限緩慢進(jìn)行可逆等溫過程可逆等溫過程元過程元過程basssbatqtqbatt 0s不可逆過程不可逆過程孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)0s0s判斷過程可逆性？判斷過程可逆性？啟示：啟示：37 .在微小時間內(nèi)，在微小時間內(nèi)，ab間傳遞微小的熱量間傳遞微小的

29、熱量 q三三. . 熵增加原理熵增加原理0 s孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 0 不可逆過程不可逆過程= 0 可逆過程可逆過程注a.自然過程自然過程(不可逆不可逆) 方向方向0ssb. 非非孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 0= 0 0三種可能三種可能四四. . 熵增加原理與熱力學(xué)第二定律熵增加原理與熱力學(xué)第二定律38 . 熱力學(xué)第二定律亦可表述為熱力學(xué)第二定律亦可表述為 ：一切一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進(jìn)行自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進(jìn)行 .孤立系統(tǒng)中的熵永不減少孤立系統(tǒng)中的熵永不減少.例例 證明理想氣體絕熱自由膨脹過程是不可逆的證明理想氣體絕熱自由膨脹過程是不可逆的 .),(22tvp),(11tvp分析分析:

30、: 不可逆過程不可逆過程自由膨脹自由膨脹( 絕熱絕熱 d q = 0 )設(shè)計可逆過程設(shè)計可逆過程 可逆等溫過程可逆等溫過程( 保證初始態(tài)相同保證初始態(tài)相同 )由由vpqweddd0d21dddvvvvrmmtvptqs0ln12vvrmm1v2v12pov39 .一一. . 玻爾茲曼關(guān)系式玻爾茲曼關(guān)系式 熵與熱力學(xué)概率熵與熱力學(xué)概率 138 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計解釋熵的微觀本質(zhì)？熵的微觀本質(zhì)？孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)(無外界影響無外界影響)自發(fā)自發(fā)非平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)平衡態(tài)0ss小小s大大(最大最大)？問題問題 s 無序度無序度有無關(guān)系？有無關(guān)系？ 之間如何度量？之間如何度量？boltzman