第三章 热力学第二定律.ppt

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1、第三章热力学第二定律Chapter3TheSecondLawofThermodynatics热力学第二定律数学表达式----克劳修斯不等式熵函数S亥姆霍兹函数A吉布斯函数G文字表述定义、性质、计算、应用表示应用基本内容（一）热力学基本方程热力学基本方程麦克斯韦关系式吉布斯-亥姆霍兹方程克拉佩龙方程关系式热力学关系式的推导证明应用基本内容（二）第三章热力学第二定律热力学第二定律卡诺循环(Carnot,Sadi)熵(Entropy)熵变的计算热力学第三定律Helmholtz函数及Gibbs函数热力学基本方程及Maxwell关系式第二定律应

2、用举例Clapeyron方程WaterinWaterout基本要求【掌握】熵函数S、亥姆霍兹函数A、吉布斯函数G的判据及其应用条件各类过程△S、△A、△G的计算热力学基本方程及其推导应用克拉佩龙方程、克拉佩龙方程---克劳修斯方程【正确理解】卡诺循环热力学第二、第三定律特定条件下△A、△G的物理意义规定熵、标准反应熵、熵增原理前言introduction热力学第一定律研究各种形式能量相互转化以及它们之间的定量关系本质是能量守恒热和功可以相互转化不违背热力学第一定律的过程是否都能进行？热和功是否可以任意转化？前言举例水向低处流热由高温向

3、低温传递在0℃，101.325kPa下,水会自动结冰锌片插入硫酸铜溶液发生化学反应Zn+Cu2+Zn2++Cu结论自然界发生的一切变化过程,在一定环境条件下总是向着一定方向进行在不改变环境条件下总是自动地单向趋于平衡态,而不会自动逆向进行热功转化有方向性在25℃，101.325kPa下，1molH2(g)在O2(g)中燃烧生成1molH2O(l)并放出285.83kJ的热，在同样条件下将上述热加给1mol(l)是否能使其分解成1molH2(g)和O2(g)？不能。原因是热和功不能任意转化，功可以完全转化为热，但热不能完全转化为功，热转

4、化为功具有一定方向和限度前言前言让一自发过程逆向进行完全恢复原状而不留下任何其他变化应满足什么条件?1)理想气体向真空膨胀2)Zn+Cu2+Zn2++Cu环境中获得的热要无条件的全部转化为功前言自发过程的共同特征无需外力帮助、任其自然就可发生的过程不可逆过程一个自发过程发生后不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响自发过程不可逆实质功可自发地全部变为热,但热不可能全部转化为功而不引起任何其他变化前言一切自发过程都具有不可逆性,它们在进行时都具有确定的方向和限度,如何知道一个自发过程进行的方向和限度呢?热力学第二定律就是研究

5、过程的方向和限度.在各种不同的热力学过程之间建立统一的普遍适用的判据去判断过程特别是复杂过程的方向和限度.一、热力学第二定律TheSecondLawofThermodynamics一、热力学第二定律的经典表述克劳修斯(R.Clausius)热不能自动从低温物体传给高温物体.(Noprocessispossiblewhosesoleeffectistotransferheatfromacoldbodytoahotbody.Bysoleeffectismeantwithouttherestoftheuniversechanging,orc

6、hanginginacycleofoperations.)热力学第二定律的经典表述开尔文(L.Kelvin)：从单一热源吸热，使之完全转化为功，而不产生其它变化是不可能的。(Itisimpossiblebymeansofinanimatematerialagencytoderivemechanicaleffectfromanyportionofmatterbycoolingitbelowthetemperatureofthecoldestofthesurroundingobjects.)热力学第二定律说明热力学第二定律是实验现象的总结

7、。它不能被任何方式加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的，由一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。热力学第二定律的现代表述是卡诺的专著“ReflexionsonMotiveWorkofFire”发表25年后由Clausius和Kelvin给出的。二、卡诺循环和卡诺定理carnotcycleandcarnotprinciple卡诺循环和卡诺定理carnotcycleandcarnotprinciple热力学第二定律是在研究热功转化的基础上提出的研究热功转化与热机效率的研究是分不开的热功转换

8、的理论模型是著名的卡诺循环蒸汽机原理图热机从高温热源所吸的热Q1分成了两部分：对环境做功W和向低温热源放热Q2。对系统来说能量守恒：对于循环热机，其热机效率为：循环热机正向和反向运行时的效率相同。热机工作原理示意图T1T