第1节 热力学第二定律 熵ppt课件.ppt

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1、第2章热力学第二定律Clausius不等式与熵一熵变的计算与应用二自由能函数自由能判据三热力学函数间的关系四自由能函数改变值的计算及应用五Twokindsofperpetualmotionmachinethefirstkindthesecondkind问题一:不违背热力学第-定律的过程是否都能发生?T2>T1热从低温物体传给高温物体使温差增大的过程能不能发生？T2T1H2(g)O2(g)H2O(l)第二定律任务之一:判定过程发生可能性第二定律任务之二:自发方向和限度问题二:能否自动发生?若能发生，有无终止点？热力学过程分类按过程性质：按过程自

2、发性：可逆过程(R)，不可逆过程(IR)自发过程，非自发过程1ReversibleandIrreversible1mol理想气体在300K等温循环ΔU=01dm33dm3Q=-W1ReversibleandIrreversible可逆过程(R)pex=p-dp1dm33dm3pex=p+dp不可逆过程(IR)1dm33dm32spontaneousandnon-spontaneous自发过程(spontaneous)不需外界作功就可自动发生AB非自发过程(nonspontaneous)需外界作功才可发生自发过程特点①有对外作功的能力②B比A稳

3、定自发方向③限度平衡态第1节Clausius不等式与熵一、实际过程都是热力学不可逆过程二、热力学第二定律的典型表述三、Carnot原理四、状态函数——熵五、熵增原理六、熵流与熵产生一、实际过程都是热力学不可逆过程【例2-1】考虑1.0mol理想气体，初态(A)VA=1.0dm3，pA=3.0p，终态(B)VB=3.0dm3，pB=p，途径Ⅰ(可逆过程)A→B:pe=p-dp途径Ⅱ(恒外压二步)A→C(Vc=1.5dm3):pe=2.0pC→B:pe=1.0p途径Ⅲ(恒外压一步)A→B:pe=1.0p途径Ⅳ(自由膨胀)A→B:pe=0

4、讨论系统与环境中能量的变化情况。一、实际过程都是热力学不可逆过程【例2-1】一、实际过程都是热力学不可逆过程途径W(A→B)/J可逆返回初态后环境总共付出的功/J吸收的热/JⅠ-329.600Ⅱ-250.079.679.6Ⅲ-200.0129.6129.6Ⅳ-0.0329.6329.6①可逆过程是系统经历一系列无限趋近于平衡态步骤组成过程。②在可逆过程中，系统对环境作最大的功(绝对值)，而不可逆过程系统对环境作的功都小于可逆过程；可逆过程环境对系统作最小功，而不可逆过程环境对系统作的功大于可逆过程。③可逆过程发生后，可沿与正向完全相同的途径将

5、其反向进行，且不留下功变热的痕迹，系统和环境可同时回到原来的初态。可逆过程与不可逆过程的区别：一、实际过程都是热力学不可逆过程自然界中所发生的一切实际过程所引起的功变热的痕迹是不可消除的，这就是不可逆过程(实际过程)的共同特征。二、热力学第二定律的典型表述1Kelvin（开尔文)表述：由单一热源吸热使之全部转化为功，而不引起其它变化是不可能的。“第二类永动机是不可能造成的。”涵义：η=100%不可能不可逆过程本质功全部变为热而不留功变热痕迹热全部变为功必留功变热痕迹热←功转化是不可逆的，单向的二、热力学第二定律的典型表述2Clausius（克

6、劳修斯）表述：不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它的变化。T2>T1热从低温物体传给高温物体使温差增大的过程能不能发生？T2T1借致冷机作功可以实现，环境必留下功变热痕迹三、Carnot原理工作于两个相同高、低温热源之间的所有热机：(2)可逆热机的效率(ηR)相同且与工作物质无关。(1)热机效率η，以可逆热机的效率最大，即ηR≥η不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化热力学第二定律数学表达式的推导（思路）系统由状态A经不可逆过程到达态B的热温商之和，总是小于系统的ΔS。四、状态函数——熵任意可逆循环与Carnot循环用相同

7、的方法把任意可逆循环分成许多首尾连接的小卡诺循环，前一个循环的绝热可逆膨胀线就是下一个循环的绝热可逆压缩线，如图所示的虚线部分，这样两个过程的功恰好抵消。对于任一Carnot可逆循环I应有下列关系：1任意可逆循环的热温商四、状态函数——熵若众多小卡诺循环的总效应与任意可逆循环的封闭曲线相当，则任意可逆循环的热温商的加和等于零，或它的环程积分等于零。=0=01任意可逆循环的热温商四、状态函数——熵对所有小的Carnot可逆循环求和，则有若从A到B有两条可逆途径(RⅠ)和(RⅡ)Clausius将这个状态函数定义为熵(entropy)对微小变化熵

8、是广度性质，单位是J·K-1。ABRIRII2可逆过程的热温商总和—熵变四、状态函数——熵任意不可逆循环的热温商之和<0则有或系统由状态A经不可逆过程到达状态B的热