题目
若闭口系经历一过程,从300K的恒温热源吸热8000kJ,熵增为25kJ/K,没有与其它热源的换热,此过程A. 可逆B. 不可逆C. 不可能发生D. 无法判断
若闭口系经历一过程,从300K的恒温热源吸热8000kJ,熵增为25kJ/K,没有与其它热源的换热,此过程
A. 可逆
B. 不可逆
C. 不可能发生
D. 无法判断
题目解答
答案
C. 不可能发生
解析
本题考查热力学第二定律中关于闭口系熵增原理以及克劳修斯不等式的应用,解题思路是通过克劳修斯不等式判断过程是否可能发生。
步骤一:明确克劳修斯不等式
对于闭口系经历的任意过程,克劳修斯不等式为$\Delta S \geq \int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}$,其中$\Delta S$是系统的熵增,$\int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}$是系统与外界热源换热的熵流,$T_{r}$是热源温度。当过程可逆时,取等号;当过程不可逆时,取大于号。
步骤二:计算系统与外界热源换热的熵流
已知系统从$300K$的恒温热源吸热$Q = 8000kJ$,根据熵流的计算公式$\int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}=\frac{Q}{T_{r}}$(因为是恒温热源),可得:
$\int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}=\frac{8000}{300}\approx26.67kJ/K$
步骤三:比较系统熵增和熵流
已知系统熵增$\Delta S = 25kJ/K$,而计算得到的熵流$\int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}\approx26.67kJ/K$,此时$\Delta S<\int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}$,这与克劳修斯不等式$\Delta S \geq \int_{1}^{2}\frac{\delta Q}{T_{r}}$矛盾,所以此过程不可能发生。