热力学第二定律及卡诺循环.ppt

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1、热力学第二定律及卡诺循环热力学第二定律一、基本概念和公式（一）热力学第二定律及熵函数1. 热力学第二定律的文字叙述①克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传到高温物体而不发生其它变化。②开尔文说法：不可能从单一热源取出热使之完全变为功而不发生其它的变化。第二类永动机是不可能造成的。(1)所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率不能超过可逆机，即可逆机的效率最大。(2)卡诺热机的效率与工作物质无关。2.卡诺定理=I是可逆机

2、(2)不可循环过程的热温商5.Clausius不等式（热力学第二定律的数学表达式)是实际过程的热效应，T是环境的温度热力学第二定律的数学表达式也可写成热力学第二定律一个隔离系统的熵永不减少。6.熵增加原理热力学第二定律7.熵判据微观表达：熵函数可以作为系统混乱度的一种量度,在一个隔离系统中，自发变化总是朝向混乱度增加的方向，也是熵值增加的方向。“>”号为自发过程“=”号为处于平衡状态“<”号为不可能的发生的过程(1)理想气体等温变化（A）等温过程的熵变(2)理想气体（或理想溶液）的等温等压混合过程，并符合分体积

3、定律，即(3)等温等压可逆相变（若是不可逆相变，应设计可逆过程）8.熵变的求算热力学第二定律(1)物质的量一定的等容变温过程(2)物质的量一定的等压变温过程（B)变温过程的熵变热力学第二定律a.先等温后等容b.先等温后等压c.先等压后等容(3)一定量理想气体从到的过程。这种情况一步无法计算，要分两步计算：热力学第二定律(4)没有相变的两个恒温热源之间的热传导*(5)没有相变的两个变温物体之间的热传导，首先要求出终态温度T热力学第二定律(6)绝热过程b绝热不可逆过程a绝热可逆过程设计可逆过程或用任意变温过程的熵变

4、求算。(7)不可逆相变过程设计成可逆过程来求算。热力学第二定律(1)在标准压力下，298.15K时，各物质的标准摩尔熵值有表可查。根据化学反应计量方程，可以计算反应进度为1mol时的熵变值。(2)在标准压力下，求反应温度T时的熵变值。298.15K时的熵变值从查表得到：(C)化学变化过程的熵变热力学第二定律(3)在298.15K时，求反应压力为p时的熵变。标准压力下的熵变值查表可得(4)从可逆电池的热效应或从电动势随温度的变化率求电池反应的熵变(5)从化学反应的热效应和吉布斯自由能变求算热力学第二定律9熵的统计

5、意义（1）Boltzmann公式从微观上看，熵具有统计意义，它是系统的微观状态数（或无序程度）的一种量度。熵值小的状态，对应与比较有秩序的状态，熵值大的状态，对应于比较无序的状态。在隔离系统中，由比较有秩序的状态向比较无秩序的状态变化，是自发变化的方向，这就是热力学第二定律的本质。(2)熵的统计意义热力学第二定律(3)系统的混乱度与熵值关系的例子①.同种物质温度升高时，其混乱度增大，因此熵值也增加。②.同一种物质的气液固三态比较，其混乱度递减。③.一个分子的原子数越多，结构越复杂，其混乱度就越大，熵值也越大。④

6、.同分异构体，对称性低的混乱度大于对称性高的。热力学第二定律一.循环过程定义:系统经过一系列状态变化过程以后,又回到原来的状态的过程叫做热力学循环过程,简称循环.循环过程的特点:P—V图为闭合曲线；E=0.循环过程中系统吸收的总热(Q=∑Qi)全部用来作功(W=∑Wi)：Q=W。在pV图上一闭合曲线所围面积就等于总功W。若总热量Q>0，系统对外作正功；若总热量Q<0，外界对系统对作功.卡诺循环二.正循环及热机pV图上顺时针进行的循环过程叫正循环，工作物质作正循环的机器叫热机.Q1Q2WVp工作特点:系统从

7、高温热源吸收热量Q1,系统对外界作功W,向低温热源放热Q2卡诺循环热机效率为了描述热机的工作效率引入循环效率：在一次循环过程中，工作物质对外做的净功W与它从高温热源吸收的热量Q1之比。若循环由几个过程组成，各过程吸热之和为Q1，放热之和为Q2，则正循环总吸热为Q=Q1Q2=W。即：效率与工作物质无关卡诺循环pV图上逆时针进行的循环过程叫逆循环，与逆循环对应的机器是致冷机。三.逆循环及致冷机工作特点:外界对系统作功W,系统从低温热源吸收热量Q2,向高温热源放热Q1Q1Q2WVp致冷系数:为了描述致冷机的工作

8、效率引入致冷系数e：在一次循环过程中，工作物质从低温热源吸收的热量Q2与外界对它做的净功W之比。卡诺循环Q1Q2W高温热库T1低温热库T2工质1824,卡诺设想了一种热机：假定工作物质只同两个恒温热库T1和T2交换热量.既没有散热也不存在摩擦，这种热机称为卡诺热机.卡诺循环由四个准静态过程组成:两个等温,两个绝热过程.卡诺循环对工作物质没有规定.下面讨论以理想气体为例.PVT1T2Q1