第二章-热力学第二定律完整ppt课件

。1.从低温物体向高温物体传热而不引起其他变化是不可能的。热力学第二定律克劳修斯在第二章中回答了系统发生过程的方向和极限问题。2.问题被提出来了。热力学第一定律是能量守恒定律，但它不能决定过程的方向和平衡点。在19世纪，托姆森和贝特洛塞斯特试图用H符号作为化学反应方向的标准。他们认为自发化学反应的方向总是与放热反应的方向相同，而吸热反应不能自动进行。虽然这与某些反应相符合，但后来发现许多吸热反应也可以自动进行，如众所周知的水煤气反应。这宣告了结束这一理论的失败。显然，要判断化学反应的方向，我们必须找到一个新的标准热力学第二定律。自发过程在某些条件下，某些变化有自动发生的趋势。一旦它们发生，它们可以在没有外力帮助的情况下自动发生。这种变化被称为自发过程。其特征在于，该过程可以在没有外力干预的情况下自动进行。自发过程的共同特征不可逆性(即离开后不再返回)任何自发变化的逆过程都不能自动进行。例如：(1)水流向下；(电位差存在)(2)气体膨胀至真空；(有压力差)(3)热量从高温物体传递到低温物体；(有温差)锌板和硫酸铜之间的置换反应等。(存在化学电势差)它们的反向过程不能自动进行。当系统在外力的帮助下恢复到原始状态时，它将对环境产生不可磨灭的影响。(后果无法消除)，4，2。自发过程的共同特征(1)方向的唯一性和确定极限自发过程的逆过程是非自发过程，极限是在这种条件下系统的平衡状态。(2)自发过程的不可逆性，但在外力的帮助下，自发过程发生后可以反向返回，但环境对系统起了作用。(a)气体膨胀成真空；(存在压力差)逆过程-等温压缩，环境对系统起作用，系统释放热量(b)热量从高温物体传递到低温物体；(存在温差)逆过程热机功将热量从低温物体传递到高温物体。5，恢复环境不引起其他变化，热是否能完全转换成功(3)功和不可逆功的定向热功转换能完全自发地转换成热，而热不能完全自发地转换成功而不引起其他变化。(4)自发过程有原则地工作的能力。所有的自发过程都可以用来做功，直到达到平衡。非自发过程只能通过消耗环境工作来实现。概括起来热力学第二定律，6，第2节热力学第二定律人类在实践中总结的关于自发过程的方向和界限的定律。热力学第二定律的表述：克劳修斯的陈述：“从低温物体向高温物体传热而不引起其他变化是不可能的。”开尔文的陈述：“如果没有其他变化，从单一热源获取热量并将其完全转化为功是不可能的。”后来，它被奥斯特瓦尔德表述为：“第二种永动机是不可能创造的”。第二种永动机是一种热力发动机，它只从一个热源吸收热量，完全将其转化为功，不会产生任何影响。2.要理解整个陈述的完整性，不能断章取义。如果我们不能误解热不能转化为功，因为热机是一种将热转化为功的装置。也不能认为热不能完全转化为功，因为当状态改变时，热可以完全转化为功(例如理想气体的恒温膨胀就是一个例子)。3.尽管第二种永动机确实如此功-热转换的不均衡自发过程能量被转换成更分散和无序的形式。自发过程方向性的标志。8，第3节卡诺循环。1824年，法国工程师卡诺(17961832)设计了一个循环，其中理想气体被用作工作物质，从高温热源吸收的一部分热量通过理想热机在外部做功，而另一部分热量被释放到低温热源。这个循环叫做卡诺循环。理想气体的卡诺循环，热储器，冷储器。9，1 mol，在pV图上可分为四个步骤：过程1:从到的等温可逆膨胀，所做的功显示为AB曲线下的面积。10，卡诺循环，过程2:从到的绝热可逆膨胀，做功显示为BC曲线下的面积。嘿。11，卡诺循环，过程3:从到的等温(TC)可逆压缩，环境对系统所做的功显示为DC曲线下的面积，过程4:从到的绝热可逆压缩，环境对系统所做的功显示为DA曲线下的面积。13，卡诺循环，整个循环：是系统从高温热源吸收的热量，它是正的，是系统放在低温热源的热量，它是负的。也就是说，由ABCD曲线包围的面积是热机所做的功。-W=Q=Qh Qc，14，卡诺循环，过程2:过程4:除以，根据绝热可逆过程方程(第20页)，-W=Q=Qh Qc，15，效率发动机，任何热机从高温热源吸收热量，一部分转化为功，另一部分转移到低温热源。热机所做的功与所吸收的热量之比被称为热机效率，或热机转换系数，用。小于1的常数。还是，影响因素？如果卡诺机器颠倒过来，制冷系数就变成了冰箱。此时，环境确实对系统起作用，系统从低温热源吸收热量，而释放到高温热源的热量称为制冷系数，用表示。其中w代表环境对系统所做的工作。卡诺定理卡诺定理：在相同温度热源和相同温度冷源之间工作的所有热机的效率不能超过可逆热机(卡诺热机)，即逆热机的效率最大。卡诺定理推断，在相同温度热源和相同温度冷源之间工作的所有可逆机器具有相同的热机效率，也就是说，它们与热机的工作物质无关。卡诺定理的意义：(1)引入了一个不等号，从原理上解决了化学反应方向问题；(2)解决了热机效率的极限值问题。18，卡诺定理，证明：实际)1。有一个任意的热机和一个可逆热机r，热机效率分别是和r，所以功是相等的，而r，那么Q2 Q2被去掉，把两个热机放在两个热源之间，所以任何热机从高温热源吸收热量Q2，做功W，并释放热量Q2-W到低温热源。可逆热机然后从西向反向驱动。这样，R从低温热源吸收Q2-W的热量，并将Q2传递到高温热源。热机回收。从高温热源获得的热量：Q2-Q2的低温热量损失：Q2-钨-(Q2)-钨)热量从低温热源转移到高温热源，这相当于将单个热源吸收的热量转化为功，而不会引起任何其他变化，这与开尔文的说法不一致。有两个可逆热机(实际上)在相同的两个热源之间工作。如果R(1)驱动R(2)使其反向，那么R(2)驱动R(1)使其反向，那么上述两个方程应该同时满足。卡诺定理是定量区分可逆和不可逆循环所必需的S，卡诺定理，20，第五熵，从卡诺循环得到的结论，或：即卡诺循环中热效应和温度商之和等于零。等温可逆膨胀的热温尚和等温可逆压缩的热温尚大小相等，符号相反。对于任何可逆循环，它都可以分为许多小卡诺循环，这样许多小卡诺循环的总效应就相当于任何可逆循环的封闭曲线，所以任何可逆循环的热温商之和等于零，或其循环积分等于零。当除法是无穷大时，小循环的和与整个循环一致：循环2:熵的导数，一条闭合曲线代表任何可逆循环。可分为两项之和，任意取曲线上的两点A和B，并将循环分为两个可逆过程AB和BA。根据任何可逆循环的热温尚公式：OQR/t=0，24，熵的推导表明，任何可逆过程的热温商的值都依赖于常数状态，而与可逆路径无关。这种热温尚具有状态函数的性质。然而，它不是熵，而是熵函数变化的量度。移位项是：任何可逆过程，25，熵的定义。克劳修斯根据可逆过程的热温尚值是由常数状态决定的，与可逆过程无关的事实，定义了函数“熵”。用符号“S”表示，单位为：对于小的变化，这些熵变化的计算公式通常称为熵的定义公式，即熵的变化值可以用可逆过程的热温商值来衡量。或者，如果初始和最终状态A和B的熵分别是和，则：宽度性质，S是可逆过程的热温度熵的累积，26，3，克劳修斯不等式，并且在具有相同温度的两个高低温热源之间有一个可逆机器和一个不可逆机器。根据卡诺定理：那么，它可以被推广为任何不可逆过程接触多个热源：那么：27，克劳修斯不等式，或者说，有一个循环，这是一个不可逆的过程，一个可逆的过程，而整个循环是一个不可逆的循环。如果ab是一个可逆过程，这两个方程结合起来形成克劳斯不等式。28，克劳修斯不等式，这些都叫做克劳斯不等式，也可以作为热力学第二定律的数学表达式。或者，是实际过程的热效应，t是环境温度。如果是不可逆过程，用数字 表示，可逆过程用数字=表示，那么环境和系统温度是相同的。判断过程的可逆性。物理意义？P48，对于小变化：29，4，熵增原理，对于绝热系统，所以克劳修斯不等式是，等号代表绝热可逆过程，等号代表绝热不可逆过程。熵增原理可以表述为：在绝热条件下，趋于平衡的过程增加了系统的熵。换句话说，在绝热条件下不可能降低熵。说明：因为绝热不可逆过程可以是自发的或非自发的。因此，S不能用来判断过程的方向(自发)。然而，可逆性是可以判断的。如果是一个孤立的系统，环境和系统之间既没有热交换也没有无功交换，熵增原理可以表述如下：孤立系统的熵永远不会减少。(绝热0)。30，5，克劳斯不等式的含义，克劳修斯不等式引入的不等符号，可作为热力学中变化方向和极限的判据。”“数是不可逆过程”=“数是可逆过程”，“数是自发过程”=“数是平衡的，因为一旦不可逆过程发生在孤立系统中，它就必然是自发过程。克劳斯不等式的意义有时包括对与系统密切相关的环境过程的自发性的判断，即“数是自发过程”=“数是可逆过程注意：熵是系统的本质，系统的熵成为热温商的可逆过程，而S(环境)不是，它应该等于热温商的实际过程。第六节熵变化的计算，熵变化的计算公式：熵是一个状态函数，S的值与过程无关。只要状态总是确定的，S就是一个固定值。但是，在计算时，该过程必须是可逆的。如果它是不可逆的，应该假设一个可逆的方法。1.环境熵变化的计算。环境可以看作是一个大热源，温度是恒定的，系统传导的热量可以认为是可逆的。33，(1)环境的熵变化在任何可逆变化中，(2)系统的热效应可能是不可逆的，但由于大环境，环境可视为可逆热效应，S-环=QR(环)/T(环)，S-环=-QR(系统)/T(环)。34，2，简单pVT状态变化，简单pVT状态变化(无相变，化学变化)，如果W=0，QR=dupdv，1，实际过程是否可逆，可以用可逆的方法计算。理想气体dU=nCV，mdT，置换，已知常数T，V代表s，35，if置换：已知常数T，p代表s，ii，简单pVT状态变化，36，特殊过程：恒温过程：或，恒压过程：绝热可逆过程：Qr=0，s=0绝热可逆过程是等熵过程。定容过程：混凝系统(固体、液体)，例如，1摩尔双原子理想气体，经过不同过程后，s总，概况，dV0，dUdH，如果t变化不太大，s=0，即压力对混凝系统的熵影响不大。38，373K10p，1.恒温可逆、2。真空膨胀，3。恒温恒定的外部压力，4。绝热可逆，5。绝热恒定外部压力，p，溶液(1)恒温可逆，=19.15jk-1，87u=0，q=-w，=-19.15jk-1，s total=s系列S环=0，(可逆过程)，s total=0、39，(2)真空膨胀，总S=19.15jk-10(不可逆过程)，总S=19.15，系统的恒定状态与1相同，系统S=19.15jk-140，(3)恒定外压恒定温度膨胀系统的恒定状态与1相同，系统S=19.15jk-1u=0，q=-w=p2(v2-v1)，=2791j，=-7.48 JK-1，系统S=s环=11.67jk-1(不可逆过程)，系统S=0，(等)。)(4)绝热可逆膨胀(最终状态不同于1)，41，(5)绝热恒定外压(最终状态不同于1和4)首先计算最终状态温度：U=W，nCV，M(T2-T1)=-P2(V2-V1)，可通过以下方法求解：T2=277.1 K，=10.57 JK-1，S环=0，(Q=0)，S总计=10.57 JK-1(0，不可逆)。42，比较三个不可逆过程的不可逆程度，真空恒温恒外压绝热恒外压，传热过程，物体2，物体1，计算平衡温度Q1 Q2=0，n1CV，m，1(tt1)N2CV，m，2(tT2)=0，求出最终状态温度t，计算熵变化s=s1s2，对于凝聚相，Cp，m可以代替cv，m，计算表明s0，从高温到低温的传热是一个自发过程，应用：不同温度物体之间的热传导在不同温度下混合液体；固体浸入不同温度的液体中等。44，4。混合过程，纳莫拉气体VA体积，纳莫拉气体VK体积，气体等温混合：混合结果：气体avavavk=v，=nrlnxa(xa为摩尔分数)，同样sk=nrlnxk，s=rnblnxb，或s=nrxblxnxb，该公式也适用于液体混合计算。结果表明，S0混合过程是一个自发过程。如果有多种气体混合，混合气体，45，非等温混合：还应计算传热熵变化，S=S传热S混合，中间是导热挡板，得到平衡S。(1)如果隔板未被移除(2)如果隔板被移除，1molO2283K，2molN2298K，解决方案(1)是将平衡温度设置为t，t=293 k，=0.0184jk-1。例子表明