熵、焓、 卡諾循環(huán)

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1、熵、焓、卡諾循環(huán)熵、焓、卡諾循環(huán)熵和焓是什么意思?解釋1、焓是物體的一個熱力學(xué)能狀態(tài)函數(shù)。在介紹焓之前我們需要了解一下分子熱運(yùn)動、熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律:1827年，英國植物學(xué)家布朗把非常細(xì)小的花粉放在水面上并用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉在水面上不停地運(yùn)動，且運(yùn)動軌跡極不規(guī)則。起初人們以為是外界影響，如振動或液體對流等，后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明這種運(yùn)動的的原因不在外界，而在液體內(nèi)部。原來花粉在水面運(yùn)動是受到各個方向水分子的撞擊引起的。于是這種運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動，布朗運(yùn)動表明液體分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動。從實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，布朗運(yùn)動隨著溫度的升高而愈加劇烈。這表示分子的

2、無規(guī)則運(yùn)動跟溫度有關(guān)系，溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動就越激烈。正因?yàn)榉肿拥臒o規(guī)則運(yùn)動與溫度有關(guān)系，所以通常把分子的這種運(yùn)動叫做分子的熱運(yùn)動。在熱學(xué)中，分子、原子、離子做熱運(yùn)動時遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動，那么，像一切運(yùn)動著的物體一樣，做熱運(yùn)動的分子也具有動能。個別分子的運(yùn)動現(xiàn)象(速度大小和方向)是偶然的，但從大量分子整體來看，在一定條件下，他們遵循著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，與熱運(yùn)動有關(guān)的宏觀量--溫度，就是大量分子熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均值。分子動能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動能就越大，反之越小。所以從分子動理論的角度看

3、，溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志(即微觀含義，宏觀:表示物體的冷熱程度)。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說的分子間作用力(范德華力)。分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力，存在一距離r0使引力等于斥力，在這個位置上分子間作用力為零。分子引力與分子斥力都隨分子間距減小而增大，但是斥力的變化幅度相對較大，所以分子間距大于r0時表現(xiàn)為引力，小于r0時表現(xiàn)為斥力。因?yàn)榉肿娱g存在相互作用力，所以分子間具有由它們相對位置決定的勢能，叫做分子勢能。分子勢能與彈簧彈性勢能的變化相似。物體的體積發(fā)生變化時，分子間距也發(fā)生變化，所以分子勢能同物體的體積有關(guān)系。

4、物體中所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做物體的熱力學(xué)能，也叫做內(nèi)能，焓是流動式質(zhì)的熱力學(xué)能和流動功之和，也可認(rèn)為是做功能力。2、熵是熱力系內(nèi)微觀粒子無序度的一個量度，熵的變化可以判斷熱力過程是否為可逆過程。(可逆過程熵不)熱力學(xué)能與動能、勢能一樣，是物體的一個狀態(tài)量。能可以轉(zhuǎn)化為功，能量守恒定律宣稱，宇宙中的能量必須永遠(yuǎn)保持相同的值。那么，能夠把能量無止境地轉(zhuǎn)化為功嗎?既然能量不滅，那么它是否可以一次又一次地轉(zhuǎn)變?yōu)楣?1824年，法國物理學(xué)家卡諾證明:為了作功，在一個系統(tǒng)中熱能必須非均勻地分布，系統(tǒng)中某一部分熱能的密集程度必須大于平均值，另一

5、部分則小于平均值，所能荼得的功的數(shù)量媽決于這種密集程度之差。在作功的同時，這種差異也在減小。當(dāng)能量均勻分布時，就不能再作功了，盡管此時所有的能量依然還存在著。德國物理學(xué)家克勞修斯重新審查了卡諾的工作，根據(jù)熱傳導(dǎo)總是從高溫到低溫而不能反過來這一事實(shí)，在1850年的論文中提出:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。這就是熱力學(xué)第二定律，能量守恒則是熱力學(xué)第一定律。1854年，克勞修斯找出了熱與溫度之間的某一種確定產(chǎn)關(guān)系，他證明當(dāng)能量密集程度的差異減小時，這種關(guān)系在數(shù)值上總在增加，由于某種原因，他在1856年的論文中將這一關(guān)系式稱作"熵"(e

6、ntropy),entropy一詡源于希臘語，本意是"弄清"或"查明"，但是這與克勞修斯所談話的內(nèi)容似乎沒有什么聯(lián)系。熱力學(xué)第二定律宣布宇宙的熵永遠(yuǎn)在增加著。然而，隨著類星體以及宇宙中其他神秘能源的發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)在懷疑:熱力學(xué)第二定律是否果真在任何地方任何條件下都成立熵與溫度、壓力、焓等一樣，也是反映物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)的一個物理量。它不能直接用儀表測量，只能推算出來，所以比較抽象。在作理論分析時，有時用熵的概念比較方便。在自然界發(fā)生的許多過程中，有的過程朝一個方向可以自發(fā)地進(jìn)行，而反之則不行。例如，如圖4a所示，一個容器的兩邊裝有溫度、壓力相同的

7、兩種氣體，在將中間的隔板抽開后，兩種氣體會自發(fā)地均勻混合，但是，要將它們分離則必須消耗功。混合前后雖然溫度、壓力不變，但是兩種狀態(tài)是不同的，單用溫度與壓力不能說明它的狀態(tài)。再如圖4b所示的兩個溫度不同的物體相互接觸時，高溫物體會自發(fā)地將熱傳給低溫物體，最后兩個物體溫度達(dá)到相等。但是，相反的過程不會自發(fā)地發(fā)生。上述現(xiàn)象說明，自然界發(fā)生的一些過程是有一定的方向性的，這種過程叫不可逆過程。過程前后的兩個狀態(tài)是不等價的。用什么物理量來度量這種不等價性呢?通過研究，找到了"熵"這個物理量。有些過程在理想情況下有可能是可逆的，例如氣缸中氣體膨脹時舉起一個重物做了

8、功，當(dāng)重物下落時有可能將氣體又壓縮到原先的狀態(tài)。根據(jù)熵的定義，熵在一個可逆絕熱過程的前后是不變的。而對于不可