物理化学核心教程03 热力学第二定律ppt课件.ppt

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1、物理化学核心教程电子教案第3章热力学第二定律不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化第3章热力学第二定律3.1热力学第二定律3.2Carnot循环和Carnot定理3.3熵的概念3.4熵的物理意义和规定熵3.5Helmholtz自由能和Gibbs自由能3.6热力学函数间的关系3.1热力学第二定律1.自发过程的共同特征2.热力学第二定律3.1.1自发过程的共同特征什么是自发过程？在一定条件下，不需外力推动，任其自然就能自动发生的过程自发过程的特点不可逆、单向性自发过程的例子1.气体真空膨胀2.热

2、由高温物体传入低温物体4.化学反应的方向性3.摩擦生热的方向性3.1.1自发过程的共同特征自发过程的特点自发过程都有一定的方向性，是不可逆的，它的逆过程虽然不违反能量守恒定律，但却不会自动发生。其逆过程不是不能发生，借助外力可以使系统恢复原状，但给环境留下了不可逆转的影响。自发过程的不可逆性，最后都归结为热与功转换的不可逆性，即热不可能全部变为功而不留下任何影响。自发过程可以对环境做功，这是人们所期望的，其逆过程必须是环境对系统做功。3.1.2热力学第二定律Clausius(1822—1888)德国物理

3、学家在1850年发表了“论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律”，支持了Joule的热功当量的实验结果，批判热质说的错误思想。他根据理想气体的性质写出了热力学第一定律的数学表达式，重新论证了Carnot关于理想热机的论断。提出了热不能自发地从低温物体向高温物体转移这个热力学第二定律的Clausius说法。3.1.2热力学第二定律Clausius说法不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化。Kelvin说法不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不引起其他变化。第二类永动机是造不成的热力学

4、第二定律是人类经验的总结，违反第二定律的试验只能以失败而告终。3.2Carnot循环和Carnot定理1.Carnot循环2.热机效率3.Carnot定理及其推论4.制冷机的效率3.2.1Carnot循环Carnot（1796—1832）法国工程师他生于巴黎，当时蒸汽机发展迅速，他想从理论上研究热机的工作原理，以期得到普遍性的规律。他用理想模型构思了理想的热机——Carnot可逆热机，从理论上解决了提高热机效率的途径.指出了热机必须有两个热源，热机效率与工作介质无关，指明了热机的效率有一极限值，可逆Ca

5、rnot热机所产生的效率最高。1832年，因感染霍乱在巴黎逝世，年仅36岁。3.2.1Carnot循环Carnot循环的工作物质一定量的理想气体，nmolCarnot循环的具体过程由4步构成:1.等温可逆膨胀2.绝热可逆膨胀3.等温可逆压缩4.绝热可逆压缩3.2.1Carnot循环Carnot循环的具体过程1.等温可逆膨胀系统所做功如AB曲线下的面积所示3.2.1Carnot循环2.绝热可逆膨胀系统所做功如BC曲线下的面积所示3.2.1Carnot循环3.等温可逆压缩环境对系统所做功如CD曲线下的面积所

6、示3.2.1Carnot循环4.绝热可逆压缩环境对系统所做功如DA曲线下的面积所示3.2.1Carnot循环3.2.1Carnot循环整个循环：是系统所吸的热,为正值是系统放出的热,为负值ABCD曲线所围面积为热机所做的功3.2.1Carnot循环利用理想气体绝热可逆过程方程式,可以证明则3.2.1Carnot循环Carnot循环的能量传递情况卡诺循环高温存储器低温存储器热机理想气体的热力学能不变热机从高温热源吸的热热机对环境做的功热机放给低温热源的热3.2.2热机效率热机效率:或可逆热机对环境所做的功

7、与从高温热源所吸的热之比热机效率总是小于1要提高热机效率，必须加大两个热源的温差火力发电厂的能量利用高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染）锅炉汽轮机发电机冷却塔火力发电厂的能量利用普通加压蒸汽的做功能力很差要用亚临界、超临界甚至超超临界的蒸汽改进锅炉性能，增加脱硫、脱氮和除尘的设备水的相图水冰水蒸气610.62超临界流体3.2.3Carnot定理及其推论Carnot定理等号表示热机I也是可逆的工作于同温热源和同温冷源之间，可逆热机的效率最大。Carnot定理的推论若有可逆热机R和不可逆热机I，用公

8、式表示为工作于同温热源和同温冷源之间的可逆热机，其热机效率都相等。3.2.3Carnot定理及其推论引入不等号的意义就是这个不等号，推广到其他物理和化学过程，解决了热力学判断相变化和化学变化的方向和限度的问题。Carnot定理推论的意义这样，把理想气体进行Carnot循环所得的结论，推广到其他工作物质。同时也解决了热机效率的极限值的问题。3.2.4制冷机的效率将从低温热源所吸的热与环境对系统所做的功的比值称为冷冻系数，用公式表示为把Carn