2019 热力学第二定律ppt课件.ppt

《2019 热力学第二定律ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章热力学第二定律§2.1自发过程的共同特征§2.2热力学第二定律的各种经典表述及其等效性§2.3卡诺循环和卡诺定理§2.4熵的概念—第二定律的数学表达式和熵判据§2.5熵变的计算及熵判据的应用§2.6熵的物理意义及规定熵§2.7Helmholtz自由能A和Gibbs自由能G§2.8五个状态函数及它们的一些重要关系式§2.9G的计算及G与温度的关系第二章热力学第二定律（ThesecondLawofthemodynamics）热力学第一定律研究的是化学过程的热效应——能量转换关系热力学第二定律讨论的是自发过程的方向和限度关键是寻找“判据”，来判断自发过程的方向和限度决

2、定热传导的方向和限度的因素是温度决定气体流动方向和限度的因素是压力决定电流方向和限度的因素是电势……决定化学反应的方向和限度的因素（判据）是什么？§2.1自发过程的共同特征一切自发过程的共同特征——不可逆性1．理想气体向真空膨胀——自发过程理想气体V1理想气体V2向真空膨胀；瞬间完成Q=0；P外=0,W=0;△U=Q-W=0(此过程在热力学上为不可逆过程)等温压缩△U=0，但W=Q≠0(<0)如何使理想气体向真空膨胀成为可逆过程？除非环境所得到的热Q可以全部转化为功W而不引起其它任何变化。冷机Q22．热由高温物体流向低温物体——自发过程高温热源（T2）Q2Q’W、Q2、Q

3、’关系：冷机循环△U=0根据Ⅰ律△U=Q-W=0∴W=Q环境对冷机所作的功等于冷机给出的热，即W=Q=Q’–Q2∴Q’=Q2+W低温热源（T1）=(Q2+W)除非环境所得到的热Q可以全部转化为功W而不引起其它任何变化——热由高温物体流向低温物体才能成为可逆过程。3.化学反应Cd(s)+PbCl2(aq)CdCl2(aq)+Pb(S)正向反应自发，放热Q’电解，反应逆向进行，放热Q"体系复原后，环境失去功，得到热Q=Q′+Q″，不可逆过程发生自发过程的结果要使体系复原，环境都是失去功而得到同能量的热。自然界一切自发过程能否成为热力学的可逆过程，最终归结为：热能否全部变为功而

4、不引起任何其他变化。热和功的转化是有方向性的：功可以自发地全部变为热，但热不能全部转变为功而不引起任何其他变化。结论：一切自发过程的共同特征是其的不可逆性。自发过程可逆过程关联自发与否由体系的始终态本质所决定，而可逆与否是过程进行的方式。§2.2热力学第二定律的各种经典表述及其它们的等效性①1850年clausius说法：热量不能自动地从低温物体流向高温物体—热传递的不可逆性②1851年kelvin说法：功可以完全变为热，但热不能完全变为功而不引起其他变化——第二类永动机是不可能的。热力学第二定律的各种说法是相通的等效的。热机Q2Q1反证法：假定克氏说法不对，热Q1能从低

5、温T1自动地传到高温热T2：高温热源（T2)低温热源（T1）Q1W热机循环△U=0Ⅰ律△U=(Q2-Q1)-W=0∴Q2-Q1=W不引起其他变化违背了开氏说法。§2.3卡诺循环和卡诺定理1．卡诺循环1824年法国工程师Carnot证明了热机效率与工作介质无关。他设想了一个工作在两个热容很大的热源之间，工作介质为1mol理想气体，由两个等温可逆过程和两个绝热可逆过程所组成的循环过程—Carnot循环。卡诺循环的四个可逆步骤如下：①从始态A（T2P1V1）出发与高温热源T2接触，等温可逆膨胀至状态B（T2P2V2）。此过程吸热，△U=0Q=W(>0)②由B起脱离高温热源T2，

6、经绝热可逆膨胀至C（T1P3V3）与低温热T1接触，此过程降温T2→T1，Q=0，W>0△U<0③由C保持与低温热源T1接触，等温可逆压缩至D（T1P4V4）。此过程放热，△U=0Q=W(<0)④由D起脱离低温热源T1，使绝热可逆压缩回到始态A（T2P1V1）。此过程升温T1→T2，Q=0，压缩W<0∴△U>0在P~V图上示为A(T2P1V1)B(T2P2V2)C(T1P3V3)(T1P4V4)DT2T1Q2Q1Q=0Q=01213PV以工作介质为1mol理想气体计算循环过程的每一步骤的功和热：①理想气体等温可逆膨胀△U=0，体系从高温热源吸热全部转化为W1②经绝热可逆膨

7、胀Q=0气体膨胀,体→环作功W2>0③理想气体等温可逆压缩△U=0,Q1=W3=RT1lnV4/V3(<0)④绝热可逆压缩Q=0,环→体作功W4<0循环一周，体系复原△U=0,∴W=QW=W1+W2+W3+W4=RT2lnV2/V1+RT1lnV4/V3=RT2lnV2/V1–RT1lnV3/V4第②步B→CT2V2r-1=T1V3r-1相除V2/V1=V3/V4第④步A←DT2V1r-1=T1V4r-110∴W=RT2lnV2/V1–RT1lnV2/V1=R(T2–T1)lnV2/V1Q=Q1+Q2此时的热机效率适用范围：可