教学中几类熵变问题的计算和探讨

熵是物理学中的一个重要概念。对热力学不可逆过程中熵变的计算方法进行了讨论,以气体膨胀、热传导、物体加热冷却、气体混合等过程为例分析了熵变的计算方法。对教学中学生理解熵的概念和熵变的计算起到了一定的作用。     

如何讲解熵和熵增原理

热力学的核心问题是热力学第二定律,第二定律的中心问题是熵,而熵的概念是最难理解的物理概念之一。 怎样讲述熵和熵增加原理,才能使学生易于理解熵的概念,这是一个值得推敲的问题。 我们首先由过程的不可逆性予言熵的存在,为此先讲 A、可逆过程与不可逆过程 可逆过程:一个热力学系统从初态a出发,历经一系列中间态达到状态b;同时系统的外界也从状态A历经一系列中间态达到状态B。如果系统可以从状态b出发,以相反的次序历经原过程(a→b)中的各个中间态返回到状态a,同时系统的外界也以相反的次序历经原过程(A→B)中的各个中间态由状态B出发也返回到状态A,我们称这样的过程(a,A)→(b,B)为可逆过程。否则是不可逆过程。可逆过程是一种理想的过程,只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。一切实际过程都是不可逆过程。如:     

关于熵增加原理的教学探讨

熵是大学物理中一个重要又难于理解的物理量，熵增加原理是一条普遍适用的定理，它不仅在物理教学中，而且在热工学、信息论、概率论等学科中都有广泛应用，因此如何讲授与理解它，是物理教学中的一个重要环节。一、从热二律出发引出态函数熵热力学第二定律是判定自然界一切不可逆过程进行方向的根据，但它的叙述可以是多种多样的。例如热量由高温物体自发地传递到低温物体是不可逆的，功能自发地完全变为热是不可逆的，而自然界的不可逆过程是无穷多的，诸如两种气体可以自发混合，而又不会自发分离，体积V的气体可以自由膨胀到体积2V，而…     

熵及其物理意义

引言 熵是热力学中一个重要的态函数,热力学第二定律指出了态函数的存在,当热力学系统的状态发生无限小变化时,其熵变为 ds≥(?)Q/T (1)式中(?)Q是系统从温度为了的热源吸收的热量,等号对应于可逆过程,不等号对应于不可逆过程。当(?)Q=0时,(1)式变为 ds≥0 (2) 由此可见,在绝热过程中,系统的熵永不减少,在可逆绝热过程中,熵的数值不变,在不可逆绝热过程中,系统的熵总是增加。这个结论称为熵增加原理,也是热力学第二定律的数学表述。 根据熵增加原理,任何自发的不可逆过程,只能向熵增加的方向进行,于是熵函数给予了判断不可逆方向的共同准则,上述结论无论系统是处在平衡状态还是非平衡状态都是成立的,而熵是     

熵、耗散结构与生命科学

一、熵增加原理 热力学第二定律是有关过程进行方向的规律,它指出,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。而直接反映热力学第二定律的是态函数熵,其数学表达式是熵增加原理: 对于微元过程 ds≥0; 对于有限过程 Δs≥0. 式中不等号指不可逆过程(自发过程),等号指可逆过程(平衡过程)。其物理意义是:孤立系统内一切自发的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行的,若发生可逆过程,则熵的数值不变。     

能量均匀分布规律

自然界中发生的一切过程,无论是否是可逆过程,都能满足能量转化与守恒定律,这是热力学第一定律揭示的热力学过程中能量量值关系的本质。热力学第二定律揭示的是热力学过程的方向问题,它本质上是一切不可逆过程应遵守的共同特性,沿实际过程的相反方向的过程是不会自动发生的其,定量关系是熵增加原理。熵是引入的一个新态函数,其意义是系统混乱程度的量度,虽然熵和能量有关,但两个定律的内在联系显得并不很密切。既然热力学第定律表明的是过程中能量满足的定量关系,那么,热力学第二定律是否也应当是过程中能量变化方向所满足的关系呢?是。热力学第二定律就是能量均匀分布规律,可以用文字表述如下:     

热扩散过程最小熵产生定理的推导与讨论

介绍单纯热传导过程和单纯扩散过程的最小熵产生定理,推导存在两个耦合的热扩散不可逆过程的局域熵产生率和最小熵产生定理表达式.证明了热扩散过程的最小熵产生率是流和力成线性关系且热流动力是常数的非平衡定态过程.     

化学热力学教学中若干问题的讨论

在化学热力学教学中,学生常常对理想气体绝热过程和等温过程的变化趋势难于理解,系统从某一始态经一绝热不可逆过程到达终态时,当具有相同的终态体积时,绝热不可逆过程的终态压力总是大于绝热可逆过程终态压力,而小于等温可逆过程的终态压力;当具有相同的终态压力,绝热不可逆过程的终态体积总是大于绝热可逆过程的终态体积,而小于等温可逆过程的终态体积。当理想气体由一始态出发可逆膨胀时,等温过程总比绝热过程做的功大;而当气体压缩时,等温过程总比绝热过程所需的功小。     

不可逆过程熵产生率的热力学处理方法

本把热力学基本微分方程、能量守恒定律和物质守恒定律应用于热力学中的不可逆过程,通过两个例子对不可逆过程进行热力学分析,探讨了不可逆过程中熵的处理的一般方法,得到了不可逆过程熵产生率的表达式,此表达式具有普遍性意义。     

不可逆过程熵产生率的热力学处理方法

本文把热力学基本微分方程、能量守恒定律和物质守恒定律应用于热力学中的不可逆过程,通过两个例子对不可逆过程进行热力学分析,探讨了不可逆过程中熵的处理的一般方法,得到了不可逆过程熵产生率的表达式,此表达式具有普遍性意义。     

熵产生与不可逆过程的判定

若系统在某过程中的熵产生为零,则该过程必可逆;若熵产生大于零,则该过程必不可逆．可见,通过计算过程中的熵产生,就可判断该过程是否可逆．     

浮力(一)

·考点复习·一、浮力的概念1 一切浸在液体 (或气体 )里的物体 ,都受到液体 (或气体 )对它　　　　　的浮力 .浮力是由于周围液体 (或气体 )对物体　　　　　的压力差产生的 .浮力的施力物体是　　　　　 .浮力的方向总是　　　　　 .2 物体的浮沉条件 :(1)浸没在液体中的物体 ,当Ｆ浮 　　　Ｇ物 时 ,上浮 ;当Ｆ浮 　　　Ｇ物 时 ,下沉 ;当Ｆ浮 　　　Ｇ物 时 ,悬浮 .(2 )当物体在液体中处于漂浮状态时 ,Ｆ浮 　　　Ｇ物 .(3)浸没在液体中的物体 ,如果是质量分布均匀的实心物体 ,那么也可根据 ρ液 和 ρ物 的大小来判断物体的浮沉 .当 …     

滑块与滑板、滑块与传送带的相对位移分析

对滑块与滑板及滑块与传送带的相对位移计算问题,首先分别选物体为研究对象,将各个物体的初态及物体在运动方向的受力分析清楚,其次根据物体的初态和受力确定物体的运动规律,通过分析确定每一个物体参与几个运动过程,再根据各过程物体的受力依据牛顿定律、速度公式和位移公式求解。     

从循环性能的改变理解熵的本质

不可逆过程中系统的熵增加都可以归结为系统的机械能的损失。实际的循环过程都存在不可逆因素，以致实际循环的性能必低于卡诺循环。对于正循环，熵变的增加表明热能做功能力的减少；对于制冷循环，熵变的增加表现为补偿机械功的增大。在判断过程的可逆性时，熵增加原理与系统的机械能损失等价。     

熵的延拓

热力学第二定律在上一世纪中期建立距今约一百四十年,这个定律指出了孤立的热力学系统内部发生的过程进行的方向和限度,1854年,克劳修斯第一次引入了作为状态函数的“熵”的概念,使热力学第二定律获得了数学表达形式,把判断形形色色的与热有关的不可逆过程的自发方向定量地归结为熵函数的增加,而熵达到极大值为过程进行的限度,、     

《视图与投影》知识要点归纳与延伸

本章通过实物抽象出几何体,并学习了简单几何体的三视图;由生活中常见的影子现象研究了平行投影与中心投影、视线、盲区等概念.一、知识结构归纳二、知识要点归纳1·了解三视图的形成过程从一个物体的正面、侧面、上面三个方向向物体进行正投影,就得到物体的三视图,这种三视图能够完全确定物体的形状和大小———可以反映物体的全貌.2·关注三视图的内在联系主视图与俯视图:长对正;主视图与左视图:高平齐;俯视图与左视图:宽相等.这三者之间的内在联系是看图与画图的基本规律.如图1:图1注画三视图时,俯视图在主视图的下方,左视图在主视图的右…     

不可逆过程中吉布斯函数减少率的计算

基于非平衡系统的局域平衡假设,参照不可逆过程中熵流密度与局域熵产生率的计算,对不可逆过程中系统的吉布斯函数的变化从吉布斯函数流密度与局域吉布斯函数减小率两个方面进行了比较详细的讨论,推导出一个具体的不可逆过程(有物质输运的不可逆过程)的吉布斯函数流密度与局域吉布斯函数减小率的具体表达式,对用辅助热力学函数吉布斯函数来研究不可逆过程进行速率的问题提供了有益的参考.     

不可逆过程进行速率问题的数学模型及应用

根据非平衡系统的局域平衡假设,参照不可逆热力学对熵流与局域熵密度增加率研究方法,提出了一个计算不可逆过程速率的数学模型,推出了该模型下的吉布斯函数流密度与局域吉布斯函数减小率表达式,并应用于扩散过程,对其进行的速率问题作了计算,把它们和相应的熵增加率作比较和讨论.说明用辅助热力学函数G来研究扩散不可逆过程进行的速率问题也是可行的.     

自由膨胀和扩散过程不可逆性的热统分析

从热力学观点和统计观点分别对自由膨胀和扩散过程的不可逆性进行了分析,从热力学观点来看,自由膨胀是在力学不可逆因素下发生的不可逆过程,扩散过程是在化学不可逆因素下发生的不可逆过程;从统计观点看,它们都是由热力学概率小的状态向概率大的状态变化,扩散过程可以看成是两个自由膨胀过程的叠加.     

关于《工程热力学》教学中几个概念难点的一些思考

《工程热力学》是热工或能动专业方向的重要专业基础课,鉴于课程的概念多、抽象、难学等特点,作者选取课程中的可逆与不可逆过程、卡诺循环与逆卡诺循环、熵、和等常见的基本概念进行阐述;结合作者多年来在教学中一些做法,用比较浅显易懂的方法来讲授这些概念,在讲授的过程中常列举一些与之相似的生活实例,使学生能够更好地掌握该学科的内容;通过文中叙述的一些方法,能对从事工程热力学课程教学的老师们提供一些想法和建议。