




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、2.5 状态参数熵,第二定律有多种表述,各种表述是等效的,最根本是告诉我们,所有热过程都是不可逆的,它们的发展是有方向性的。当然,不同的热过程有不同的可逆性,但不同的可逆性不是孤立的,彼此是相互联系的,它们有共同的本质特征。因此,可用同一物理量描述这一本质特征,这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数,是一个状态参数。,熵是一个状态参数 由卡诺定理,知道可逆热机效率,显然有: 或 在这个式子的计算中,我们已取了的绝对值,考虑放热为负后,则有:,亦即,卡诺循环是两条等温线,两条绝热线组成,只有在等温过程才有传热。,对任意过程组成的循环而言,可用无数条可逆绝热线把该循环
2、分割成无数个微元卡诺循环,对任意微元卡诺循环(abcd),都有,把所有微元加起来,即,亦即:,从而 可知 的积分与路径无关,那么 一定为某状态参数,令 取名为熵 注意上述的讨论是对可逆过程,所以,kJ/K, J/K (下标re代表可逆),比熵为:(kJ/kgK, J/kgK) 或逆过程的熵变:,2.6 不可逆过程的熵变、熵流和熵产,利用第二定律对热过程方向性的分析和研究,在很多情况下,是利用状态参数熵进行的。熵的本质(不可逆性)是“系统混乱度的量度”,为什么可以用熵来作为不可逆性的标志呢? 这是在把可逆过程与不可逆过程比较后发现的, 可逆过程时熵变为零,不可逆过程时熵变不为零, 熵变越大(熵增
3、加),过程不可逆性越大。,可逆过程的熵变,引进熵时,利用了可逆卡诺循环的效率公式,在那里指出,对任意可逆循环 这时称 为熵 不可逆过程熵变会如何呢?,对如图所示的不可逆过程,可用以前相同的分析方法,将循环用无数条绝热线化分,分成无数个微小循环。,可用以前相同的分析方法,将循环用无数条绝热线化分,分成无数个微小循环。 对每个不可逆循环,卡诺定理指出,其效率小于同限温差下的卡诺循环效率:即,再考虑系统吸热为负,则可化成,综合全部微元,则有,(等号对应可逆过程)这就是著名的克劳修斯不等式,熵在上面的定义中, 那么,这里的不可逆过程中的 与dS有什么关系呢?,所以有,设有如右图所示的不可逆过程:,其中
4、过程为不可逆过程 为可逆过程 另假设有一路径是可逆过程,那么根据上述分析得:,由上两式可得:,由于为可逆过程,按熵的定义: 状态变化到状态时:,(由克氏不等式),(卡诺定理),所以 :,但熵是一个状态参数,变化只与初终态有关,对上面的或均有,(不可逆时),(可逆时),因此可概括为:,可见,不可逆过程中熵变不能用,求得,,对可逆过程可以用 计算熵变,因此,要计算从某初态到终态任何不可逆过程的熵变,只需在初终态间选择任意可逆过程来计算这也是最一般的方法。,在不可逆过程中,熵变d大于过程工质的,那么,将这一差值定义为:,(称为熵产,generation of entropy),亦即 熵变,一部分是由
5、与外界热交换引起的,为 ,可正可负,称为熵流,记为df。另一部分是由不可逆因素引起的,称为熵产dg,(恒为正) 即:d=df+dg df是传热引起的,可以大于,小于,等于;dg是由不可逆性引起的,只能大于零。dg。不可逆性越大,dg越大。,(熵变分为两部分),各种不可逆因素不是独立的,第二定律有不同的形式,从这里知道,不可逆性的实质是相同的,均可用dg表示。所以熵产是所有不可逆性大小的共同量度。,2.7 孤立系统的熵增原理(isolated system) 孤立系与外界无任何能量与物质交换,即dQ=0 熵流等于零。 于是孤立系的熵变:diso= dg 也就是说,对任一热力过程iso,熵增原理孤
6、立系统的永不减小(可逆时熵变,不可逆时熵变),有了熵增原理,就可用之分析热过程的方向,如果某过程是使孤立系的熵增加了,则过程可行,使熵减少了,则不可行。 如果要使熵减少了的过程仍然可行,必须进行补偿,补偿的最少也要使熵变为零。 熵增原理,可以推广到社会科学领域,普利高津城市学、经济学、生物学等领域。,2.8 能量的品质与能量的贬值原理,热量的间接利用的目的,获取功量。 因此,功是人类最可贵的能源,它的可变性也最好,可随意地转变为其它的能量,因而功的能量品质最高。在此,能量不但有数量的多少之分,更有品质的高低之别。能量的品质以它能转换为功的比例决定,转换的比例越高,品质越高。于是,热能Q的品质与
7、它的温度有关,温度高,品质高。,能量的贬值原理任何自发的热过程,都只向着能量品质降低的方向发展,理想情况下,品质不变。,稳定平衡定律:,过程总是朝着单一的方向进行的(单向性),每个中间允许状态只能经历一次(演进性),过程的终态是唯一的(唯一性),当系统达到稳定平衡态时过程就结束(有限性)。过程中系统的能量保持不变(守恒性),但是,系统能量的做功能力(能质)是下降的(衰变性)。过程中在外界不会产生任何影响(孤立性)。,思考题:以下说法有何错误: 1. 熵增大的过程必为不可逆过程; 2. 不可逆过程的S无法计算; 3.若从某一初态沿可逆与不可逆两条途径到达同一终态,则不可逆过程途径的S必大于可逆途
8、径的S ; 4. 工质经历一封闭循环后, S0或S0; 5.工质经历一不可逆循环后,由于 所以,第三章 工质的热力性质,3.1 物质的三态及相变过程 实现热能和机械能之间相互转化的媒介物质称为工质。 纯物质有三种集态形势:固态、液态和气态。又分别称“相”。 (固相、液相 和气相) 相与相之间可以相互存在(共存)也可相互转化 对简单可压缩系,其状态可由两个独立参数决定,对基本状态参数p、v、T而言,满足状态方程F(p,v,T)=0 由p、T为坐标表示的相的变化图称为相图。从相图上可以清楚地看出相的变化关系。,对于确定的物质其三相点的温度和压力是确定的:比如水:p=1atm时;T=273.15K,
9、3.2 理想气体的热力性质,3.2.1 理想气体及其状态方程 气体是由许多微小的分子或原子组成的,各分子或原子在剧烈的运动,相互之间还要互相影响。所以它们的运动是很复杂的。但在许多情况下可以简化。比如,大多数情况下,气体分子满足: 1)气体分子都是不占体积的弹性质点(高温低压时)。 2)相互之间没有任何作用力(分子之间较远)。 凡是满足上面两个条件的气体称为理想气体。,克拉贝龙在总结前人研究成果的基础上,发现在大多数情况下,气体满足如下方程:,(函数关系) 称为理想气体状态方程(也可由分子运动论导出) p绝对压力,Pa;v 比容,m3 /kg;T 绝对温度,K; R 气体常数,J/kgK。 工
10、程上还经常用到以mol或kmol为单位的气体方程。 mol 质量以g为单位的气体分子量。,设系统所含物质量为m,mol数为N,物质所占容积为V,mol质量M。则,(;) (或) 对理想气体方程 两边同乘M,得 又因为,所以,此即为以mol数为单位的理想气体方程。 阿伏伽德罗定律指出:同温同压下,任何气体的mol容积都相等。由此可推断,RM应是一个与气体性质和状态无关的常数通用气体常数。 在标准状态下(p=1.013105Pa; T0=273.15K) 任何气体的mol容积VM0=22.4110-3m-3 /mol 所以:,显然: 对不同的气体有不同的值,对m kg 的气体: 对N mol的气体
11、:,22 理想气体的比热容,单位物质升高1C所需的热量城为比热容,简称比热。,或,物质单位有质量、mol和容积,比热有三种 :,质量比热: c,mol比热: C,容积比热:,(下标0为标准立方米),吸热量与过程有关,在定容过程和定压过程中的吸热量不同。所以还分定容比热和定压比热两种。,对闭系,第一定律给出:,定容过程,,所以,定压过程,,所以,上两式适合一切气体。,对理想气体而言:气体分子相互间无作用,仅存在于温度有关的内动能,所以理想气体内能是温度的单值函数,即,所以,焓,所以,由此可知:理想气体的定容、定压比热容只是温度的函数。,理想气体定压比热容与定容比热容之差,两边同乘以质量,,得:,由于比热容是温度的函数,所以使用起来不太方便,工程上在精度要求不高时理论计算常常使用定值比热。工程上通常把它用图表来表示,或将它展开成多项式,比如:,更多的时候,是采用平均比热。即在一定温度范围内计算出比热变化的平均值,那么,定值比热可以根据气体分子的状况有所改变。对理
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 银行风险防控体系评估与优化研究
- 华为项目范围管理办法
- 村级经济规划管理办法
- 江苏物业安全管理办法
- 新工科实践育人数字资源体系构建
- 国际跨学科教育质量评估体系比较研究
- 景区店铺运营管理办法
- 江西政务服务管理办法
- 安全生产事故隐患泛指
- 扩建工程的安全设施必须与主体工程
- 车工考评员培训课件
- 站姿走姿坐姿礼仪培训
- 小规模税务视频教学课件
- 业务外包费用管理制度
- 月子中心各部管理制度
- 痛风的康复护理课件
- 公司自供自产品管理制度
- 2025-2030年中国多西他赛注射液行业市场深度分析及发展趋势与投资研究报告
- 五育并举与心理健康教育的融合
- 介入室耗材管理课件
- 三级直播销售员(高级)职业技能鉴定考试复习题及答案
评论
0/150
提交评论