2022-2023学年高二物理 熵和熵增加原理 竞赛课件 (共12张PPT)

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2022-2023学年高二物理 熵和熵增加原理 竞赛课件 (共12张PPT)

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熵和熵增加原理
熵和熵增加原理
引言:热力学第二定律的数学表达式有没有?是什么?
1、熵的存在
由循环效率公式和卡诺定理
直接以 表示,则
工作在双热源之间的可逆循环中,系统经历一个循环后,其热温比的总和为零。不可逆循环的热温比之和小于零。
可逆过程
推广:任一可逆循环(视为若干卡诺循环组成)
循环经历任意可逆循环过程一周后,其热温比积分为零。不可逆循环的热温比之和小于零。
则有
当 时,写成
对于任意循环过程
克劳修斯不等式
可逆写成
若取图示的可逆循环,即
对任一分过程AC1B,或BC2A都是可逆的
这一结果表明:
与过程无关,只依赖于始末状态,即系统确实存在着一个状态函数—熵
2、熵的定义
(可逆过程)
或 (单位 )
3、关于熵概念的几点说明
(1) 表示任一热力学过程中,系统从初态到末态,系统熵的增量等于从初态到末态之间任一可逆过程热温比的积分
请注意从“任一热力学过程” “任一可逆过程”的用词。这是因为熵是状态函数,系统平衡态确定后,熵也就确定,与过程无关
(2)熵值具有相对性(常选某一参考状态的熵值为零)
(4)如果系统由几部分组成,可计算各部分熵变之和即是系统的熵变。
4、熵增加原理—热力学第二定律的数学 表达式
(3)系统状态变化时的熵变,只有在可逆过程中才在数值上等于热温比的积分,因此计算 时必须根据具体情况设计从初态到末态的可逆过程
原理:孤立系统中的可逆过程,其熵不变,孤立系统中的不可逆过程,其熵增加
说明①孤立系统中不可逆过程总是朝熵增加方向进行直到最大值
②熵增加原理反映了过程进行的方向性,是热力学第二定律的另一种叙述形式
即      (等号为可逆过程)
③ 熵的统计意义

(熵是系统无序程度
的标志)
【例 】质量为M,摩尔质量为 的理想气体,从初态1(p1,V1,T1)经任意热力学过程到末态2(p2,V2,T2),求该理想气体的熵变?[摩尔数为M/ μ,以1mol为例]
解:计算1mol气体
(T1V1)
(T2V1)
可逆等体升温
S1
(T2V1)
(T2V2)
可逆等温膨胀
S2
方法一:
A
B
(T1V1)
(T1V2)
可逆等温膨胀
S1
(T1V2)
(T2V2)
可逆等体升温
S2
方法二:
A
B
方法三:
根据热力学第一定律,选择任意的可逆过程而不是哪一个具体的过程来计算熵变。
从本例中不难发现,在理想气体的可逆过程中,熵变结果不受所选路径的影响,因而不需要具体路径就可求解。
M/μ摩尔的熵变
例3、气体的绝热自由膨胀
则 系统熵不变?
所以,这是绝热过程
错误原因是:这是一个不可逆的绝热过程,则按熵增原理,其熵变大于零。
解:在这一过程中,气体对外 不作功,绝热而没有热量传递, 因此气体自由膨胀内能不变,气体保持恒定温度
为此要设计一个可逆过程才 能应用上式计算,设1mol气体 的体积 ,压强 , 温度 ,因此可以设计一个可逆的等温膨胀过程连接初始和末了状态,则有
有关熵的几个问题补充:
1、熵的意义(宏观和微观)
(1)大量分子热运动的无序性   的量度(微观)
(2)能量不可利用度的量度(宏观)
(系统内能的退化和贬值)
2、熵的名称:(Entropy)(普朗克 胡刚复)
熵:1923.5.25于东南大学首次给出
“能趋疲”
3、研究熵的重要性:热学熵,信息熵,  经济熵,生命熵

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