【优品课件】-《热力学的第二定律》

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1、热力学第二定律【摘要】热力学第二定律是热力学的基本定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处(在自然状态下)。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。【关键词】热力学第二定律，含义，适用条件，应用热力学第二定律的两个表述自然界自发进行的过程具有方向性,总是由非平衡态走向平衡态1.开尔文表述(1851年)：不可能制成一种循环动作的热机,只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。低温热源高温热源卡诺热机WABCD2.克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体WABCD高温热源低温热源卡诺致冷机两种表述其实质就

2、是分别挑选了一种典型的不可逆过程，指出它所产生的效果不论用什么方法也不可能使系统完全恢复原状，而不引起其他变化。比如，制冷机(如电冰箱)可以将热量Q由低温T2处(冰箱内)向高温T1处(冰箱外的外界)传递，但此时外界对制冷机做了电功W而引起了变化，并且高温物体也多吸收了热量Q(这是电能转化而来的),这与克氏表述并不矛盾。一个热力学系统，从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态。若存在另一过程，能使系统与外界完全复原(即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对外界的一切影响)，则原来的过程称为“可逆过程”。反之，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则称之为“不可逆过程”

3、。可逆过程是一种理想化的抽象，严格来讲现实中并不存在(但它在理论上、计算上有着重要意义)。大量事实告诉我们：与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。热力学第二定律的含义人们在研究热功交换规律的基础上，抓住了事物的共性，提出了具有普遍意义的新的态函数——熵，可以用熵来对第二定律作定量的表述。　　第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，从理论上可以进一步证明:　　可逆绝热过程Sf=Si，　　不可逆

4、绝热过程Sf>Si，　　式中Sf和Si分别为系统的最终和最初的熵。也就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。第二定律在有限的宏观系统中也要保证如下条件：(1)该系统是线性的；(2)该系统全部是各向同性的。热力学第二定律的适用范围(1)热力学第二定律是宏观规律，对少量分子组成的微观系统是不适用的。(2)热力学第二定律适用于“绝热系统”或“

5、孤立系统”，对于生命体(开放系统)是不适用的。早在1851年开尔文在叙述热力学第二定律时，就曾特别指明动物体并不像一架热机一样工作，热力学第二定律只适用于无生命物质。(3)热力学第二定律是建筑在有限的空间和时间所观察到的现象上，不能被外推应用于整个宇宙。19世纪后半期，有些科学家错误地把热力学第二定律应用到无限的、开放的宇宙，提出了所谓“热寂说”。他们声称：将来总有一天，全宇宙都是要达到热平衡，一切变化都将停止，从而宇宙也将死亡。要使宇宙从平衡状态重新活动起来，只有靠外力的推动才行。这就会为“上帝创造世界”等唯心主义提供了所谓“科学依据”。热力学基本关系式及其应用1)组成恒

6、定、不做非膨胀功的封闭系统的热力学基本方程：2)Maxwell关系式：3)一些基本过程的ΔS,ΔG,ΔA的运算公式(Wf=0)：基本过程ΔSΔGΔA理想气体，等温可逆过程任意物质，等压过程dTΔU-Δ(TS)任意物质，等容过程ΔH-Δ(TS)理想气体，绝热可逆过程0理想气体，从p1,V1,T1到p2,V2,T2的过程ΔU-Δ(TS)等温、等压可逆相变0WR等温等压化学反应,ΔU-TΔS