物理化学电子教案第二章1.ppt

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1、第二章热力学第二定律Chapter2TheSecondLawofThermodynatics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-亥姆霍兹方程相关计算关系式热力学关系式的推导证明应用基本内容（二）前言introduction热力学第一定律ΔU=W+Q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问题：不违背热力学第一定律的过程是否都能进行？热和

2、功是否可以任意转化？前言举例水向低处流热由高温向低温传递在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

3、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

4、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.§2-1热力学第二定律1.理想气体向真空膨胀这一过程是自发的。在理想气体向真空膨胀时，Q=0,W=0,△U=0,△T=0。要想让膨胀后的气体恢复到原状，必然要经历一个等温压缩过程。但压缩过程必然发生环境对系统做功，同时系统对环境放热Q，而且二者的量值相等，所以当系统恢复到原状时，环境中有W的功变成的Q的热量，也就是说当系统恢复到原

5、状时，环境要想要恢复到原状，也就是理想气体向真空膨胀能否成为一个可逆过程，取决于环境得到的热能否全部转化为功而不引起任何其他变化。2.热由高温物体传向低温物体这是一个自发过程。设有高温热源T2和一低温热源T1。其热容均为无限大，当有有限量的热传出或传入时，不影响热源的温度。若在两热源之间放一导热棒，一定时间之后，就有Q2的热从T2热源传向T1热源。那么要想使Q2的热量从T1热源传向T2热源，我们设计如下过程：对某冷冻机做功W，该机就可以从T1热源取出Q2，同时有Q’的热传送到T2热源。根据热力学第一定律，Q’=Q2+

6、W，接着再从T2热源取出W的热传给环境，则这两个热源都已恢复到原状，但环境却损失了W的功，也得到了相当于W的热。因此环境能否也恢复到原状，也就是热高温物体传入低温物体能否成为一个可逆过程，取决于环境得到的热能否全部转化为功而不引起任何变化。3.镉放入氯化铅溶液变成氯化镉和铅正向化学变化是自发进行的，反应进行时有Q的热放出。要使系统恢复到原状，需对系统做电功进行电解，电解时反应逆向进行。如果电解时所做功为W，同时有Q’的热放出，那么当反应系统恢复原状时，在环境中损失了W的功，但得到了Q+Q’的热：根据能量守恒原理，W=

7、Q+Q’。所以环境能否也得以复原，亦即此化学反应能否成为一个可逆过程，也取决于环境得到的热能否全部转化为功而不引起任何其他变化。从上面所举的三个例子可以看出，所有的自发过程是否能成为热力学可逆过程，最终可归结为“热能否全部转变为功而不引起其他任何变化”的问题。实验表明，热功转化是有方向性的，即“功可自发的全部转化热，但热不可能全部转化为功而不引起任何其他变化”。所以可得出这样的结论：一切自发过程都是不可逆的。而且它们的不可逆性归结为热功转化过程的不可逆性，因此它们的方向性都可用热功转换过程的方向性来表达。一、热力学第

8、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.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。第二类永动机（效率100%）是不可能创造的。二、卡诺循环和卡诺定理carnotcycleandcarnotprinciple卡诺循环和卡诺定理carn