2020年高中物理竞赛-热学A（联赛版）05热力学第二定律：熵及熵定理(共12张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 第二节 熵及熵定理 （一）熵的概念 在热力学第二定律的基础上态函数的存在性 由克劳修斯不等式知，对于任意的可逆循环， 对初态 i 和末态 f ，在其间取两条路径 L1、L2, 令 L2’ = -L2, 则 L = L1 + L2’ = L1 – L2 构成一条闭合路径，如果 L 可逆，则 即 所以 在两个平衡态之间热温比的积分与可逆过程的路径无关，因此可定义一个态函数。 熵的定义 由系统的热温比沿可逆路径的积分定义的态函数称为系统的熵，记为 S，即有 对于无穷小元过程，则有 熵的部分性质 熵是态函数 从而两状态间的熵变只能通过逆过程计算，即 熵是由可逆过程定义的 可以通过选取合适的参考点确定系统的熵 这里定义的熵仅决定宏观上熵的变化，无法说明其微观意义。 热力学基本方程 热力学第一定律 热力学第二定律 两式联立则得 或 此即热力学基本方程，也常称为 TdS 方程。 （二）熵的计算 可逆过程的熵变的计算 内能方程： 代入 焓方程： 代入 不可逆过程中熵变的计算 不能直接沿不可逆路径积分求得，而应采用间接途径。 （1）设计一个连接相同的初态和相同的末态的可逆路径，根据态函数的性质，通过计算该可逆过程的熵变求得不可逆过程的熵变。 方法： （2）计算出熵作为态函数的形式 S(T, V) 或 S(T, p)，然后把初末态的状态参量代入计算出熵变。 理想气体熵变的计算 以 T、V 为状态参量 以 T、p 为状态参量 若在一定温区内 对可逆等温过程： 对可逆等体过程： 对可逆等压过程： 对可逆绝热过程： 对可逆多方过程： 混合气体的熵及混合熵变 设混合气体为理想气体， 是第 j 种组分的摩尔浓度，温度为 T，体积为 V, 压强为 ， 为第 j 种组分的压强。再设想未混合时，各组分的温度都是 T，压强都是 p，各自占有体积 ，然后在总体积和压强不变（温度也不变）的情况下混合起来，则未混合时系统的熵为 或 混合后系统的熵为 或 混合熵变 或 由分压原理 $$