1、1熱 力 學 基 礎華中科技大學2 不可能有這樣的循環，從單一熱源吸熱并全部轉化為功，而不對外界產生影響。熱量不可能自動地由低溫熱源傳向高溫熱源。熱量可以自動地由高溫熱源傳向低溫熱源。熱量可以由低溫熱源傳向高溫熱源。熱機的效率不可能達到100。問題：熱機的效率不能達到100，理論上熱機的效率上限是多少？在技術上如何達到這個上限？3違背熱力學第一定律的第一類永動機不可能出現， 違背熱力學第二定律的第二類永動機也不可能出現。一、卡諾定理在相同的高、低溫熱源間工作的一切可逆過程卡諾熱機，效率相同，與循環工作物質無關。10.6 熵 卡諾循環（不計摩擦和漏熱等損耗） 因此卡諾循環是可逆循環，卡諾機是可逆

2、熱機。 在相同的高、低溫熱源間工作的一切熱機，可逆過程 熱機效率最高。4熱機效率的極限是：如何提高效率？ 制造可逆過程熱機。 使用卡諾循環的熱機。 加大高、低溫熱庫的溫度差。實際適用的僅可能加大高、低溫熱庫的溫度差。2022/7/125熱能幾乎不能轉化為有用功。熱能幾乎全部轉化為有用功。相同的熱能，其有用程度不同！對于一定的熱能6根據卡諾定理：二、熵考慮熱量的符號：(用代數值表示熱量)在整個卡諾循環的四個過程中：等號對應可逆循環過程熱機7對于任意可逆循環可用一系列微小可逆卡諾微循環組合代替：PVQi1Qi2Ti1Ti2每一可逆卡諾循環都有：對N個卡諾循環：若N個任意循環：8對于任意循環可以用卡

3、諾微循環組合：可逆過程積分與路徑無關！S稱為熵，熵S 是狀態函數。對于不可逆的過程： 對于不可逆過程，兩個態間的熵差大于積分的值，可逆過程兩態間的熵差等于積分值。2022/7/129可逆不可逆對于不可逆的過程：不可逆循環“=”對應可逆過程 “”對應不可逆過程10可逆不可逆可逆過程，兩態間的熵差等于熱溫比積分值！ 不可逆過程，兩個態間的熵差大于熱溫比積分的值。“=”對應可逆過程 “”對應不可逆過程11理想氣體變化設計為可逆等值、絕熱過程時的熵變等容過程三、熱力學過程熵變的計算12等壓過程絕熱過程 等溫過程13過程特征等容0等壓等溫0絕熱0014理想氣體的絕熱自由膨脹過程的熵變。 過程是非平衡過程

4、，但熵是態函數與過程無關，設想一個與自由膨脹有相同初、末態的等溫過程，計算熵變。真空自然過程的熵總是在增加！熵是指示自然過程方向的物理量。絕熱15例 1mol 理想氣體的狀態變化如圖所示，其中 1 3 為等溫線，1 4 為絕熱。試求解三種過程中氣體系統的熵變， 1 2 3、 1 3、 1 4 3 熵是狀態函數，系統狀態的變化確定了，熵變(差)即確定；而不論該系統狀態是如何變化、是否可逆。 13 等溫可逆過程：熵變的計算2022/7/1216 123 熵變：17 143熵變：?絕熱過程：等壓過程：18對于孤立系統： 孤立系統的熵是不會減少的，系統經可逆過程熵不變；系統經過任何不可逆過程，熵總是增

5、加的。四、熵增加原理不可逆過程可逆過程*溫熵圖TSQS1S2*溫熵圖下的面積表示熱量19pV 圖 TS 圖面積20人一天約向周圍環境散發 8106 J熱量，估算人一天產生的熵，忽略人進食時代進體內的熵，環境溫度按 273K 計。人的體溫為 環境溫度為人與環境之間的傳熱為人體的熵變：例人體是一個趨于高度有序的系統環境的熵變：以人與環境為系統，則系統的總熵變：人體高度有序化的代價：包括人體在內的環境無序化！2022/7/1221 總的熵變化包括熱力學系統 A、B與外界的熵變。計算時注意熵是態函數。絕熱透熱例 熱傳導過程的熵變設有A、B 絕熱系統，初態 TA TB ，mA = mB = m，末態 T

6、t (TATB)/2，系統的摩爾熱容是C，計算過程的總熵的變化S。（一）外界的熵變化2022/7/1222（二）系統的熵變化絕熱透熱系統的熵變：2022/7/1223系統溫度趨于一致是自發過程絕熱透熱24作業：下周交2510.7 熵的微觀意義熵是什么物理量？其值說明什么問題？ 孤立系統經可逆過程熵不變；系統經過任何不可逆過程，熵總是增加的。克勞修斯熵變表達式不可逆過程可逆過程*熵增加原理：對孤立（絕熱系統）26熱力學系統以其微觀態的統計結果表達宏觀態。微觀態決定宏觀態，宏觀態反映微觀態。氣體分子全同，分子的一個組合對應多個排列。分子的任意一個排列出現的概率相同(等概率假設)。分子組合對應的排列

7、多者，該組合出現的概率高， 且時間長(對應一個宏觀態)。熵的微觀意義：宏觀態：以系統的分子數分布，但是不區分具體的分子來描述的系統的狀態。微觀態：考慮系統的分子數分布并區分具體的分子來描述的系統的狀態。宏觀態 分子組合 微觀態 分子排列27宏觀狀態與微觀狀態的區別及聯系：一種組合，一種排列一種組合，四種排列任意一個排列出現的概率相同。28 一種組合，六種排列任意一個排列出現的概率相同。宏觀狀態與微觀狀態的區別及聯系：29一種組合，一種排列一種組合，四種排列任意一個排列出現的概率相同。宏觀狀態與微觀狀態的區別及聯系：30(2、2 )態組合有六個排列(1、3)態組合有四個排列(3、1)態組合有四個

8、排列(4、0 )態組合只有一個排列(0、4)態組合只有一個排列宏觀狀態與微觀狀態的區別及聯系：31 一般的分子系統中有N個分子。某一個組合（ N1 N2 N3 Nn ）對應的排列數目為：即一個宏觀態對應的微觀態的數目。熱力學概率：與任一個宏觀態對應的微觀態的數目，稱為熱力學概率，用 示。 玻爾茲曼給出熵與熱力學概率的關系： 大表示一個宏觀態對應的微觀態數目多，系統的混亂度高。 熵是系統無序度的量度。3233熵是系統無序度的量度無序度是系統的一種狀態 熵是狀態函數2022/7/1234 一切與熱現象有關的自然宏觀過程都是向熵增加的方向進行。 一切與熱現象有關的自然宏觀過程都是從有序向無序（或無序

9、向更加無序）的方向進行。比較可知：熵越大，系統的無序性越大“熵是系統無序程度的量度”熱力學第二定律的數學表述結論3510-T13 0.5kg、0oC的冰放在質量非常大的20oC的熱源中，使冰全部融化成20oC的水，當冰正好融化成水時的熵變、冰從融化到與熱源達到熱平衡時的熵變。物理過程0.5kg、0oC的冰0.5kg、0oC的水0.5kg、20oC的水冰的熔解熱：注意0.5kg、0oC的冰溶解同溫度的水是不可逆過程！3610-T13 0.5kg、0oC的冰放在質量非常大的20oC的熱源中，使冰全部融化成20oC的水，當冰正好融化成水時的熵變、冰從融化到與熱源達到熱平衡時的熵變。物理過程0.5kg、0oC的冰0.5kg、0oC的水0.5kg、20oC的水水的比熱：370.5kg、0oC的冰0.5kg、0oC的水0.5kg、20oC的水熱源熱源的熵變：10-T14 上題中冰與