第1节：自发过程及热二定律

1、1 铁与干冰反应铁与干冰反应2引言引言 事物之变事物之变, 纷纭杂出纷纭杂出, 若不可知若不可知, 然而有至理存焉然而有至理存焉(宋宋 苏辙苏辙). 热热力学第一定律指出了万物变化中的能量守恒规律力学第一定律指出了万物变化中的能量守恒规律, 热力学第热力学第二定律将进一步指出变化过程的二定律将进一步指出变化过程的方向和限度方向和限度, 亦即平衡规律亦即平衡规律. 由热力学第二定律证明状态函数由热力学第二定律证明状态函数熵熵的存在的存在, 引入两个辅助函引入两个辅助函数数吉布斯函数吉布斯函数和和亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数, 相应得到三个平衡判据相应得到三个平衡判据, 用用于在不同条件下判断过程的方

2、向和限度于在不同条件下判断过程的方向和限度. 由热力学第三定律引入基础热数据由热力学第三定律引入基础热数据“物质的标准摩尔熵物质的标准摩尔熵”, 还要介绍还要介绍物质的标准摩尔生成吉布斯函数物质的标准摩尔生成吉布斯函数. 介绍热力学基本方程及一些应用介绍热力学基本方程及一些应用. 热力学指明过程方向的必然趋势热力学指明过程方向的必然趋势, 但这种但这种可能性可能性能否实现能否实现, 还要取决于动力学因素还要取决于动力学因素. 3第一节：自发过程及热力学第二定律第一节：自发过程及热力学第二定律1. 自发过程及其特征自发过程及其特征自发过程自发过程无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的的过程无需依靠

3、消耗环境的作用就能自动进行的的过程典型的自发过程有：典型的自发过程有：(1)热量从高温物体传入低温物体过程热量从高温物体传入低温物体过程热传递过程热传递过程(2)高压气体向低压气体的扩散过程高压气体向低压气体的扩散过程风的产生风的产生(3)溶质自高浓度向低浓度的扩散过程溶质自高浓度向低浓度的扩散过程溶质扩散溶质扩散(4)锌与硫酸铜溶液的化学反应锌与硫酸铜溶液的化学反应置换反应置换反应4自发过程的特征自发过程的特征 反过来，自发过程的逆过程必须消耗功。反过来，自发过程的逆过程必须消耗功。例如：电冰箱（电功）例如：电冰箱（电功）将热从低温物体传送到高温物体将热从低温物体传送到高温物体 真空泵（电功

4、）真空泵（电功）将气体从低压处抽到高压处将气体从低压处抽到高压处 蒸发浓缩过程蒸发浓缩过程必须给溶液提供热，使得溶剂蒸发必须给溶液提供热，使得溶剂蒸发 电化学过程电化学过程利用电池实现锌与硫酸铜置换的逆反应利用电池实现锌与硫酸铜置换的逆反应 当借助外力，系统恢复原状后，会给环境留下不可磨灭当借助外力，系统恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。的影响。自发过程的特征：自发过程的特征：（1）自发过程总是单方向趋于平衡）自发过程总是单方向趋于平衡（2）自发过程都具有）自发过程都具有 不可逆性不可逆性（3）自发过程具有对环境做功的能力）自发过程具有对环境做功的能力5热机效率热机效率( (effici

5、ency of the engine ) )u蒸气机发展史上研究热机效率的初衷蒸气机发展史上研究热机效率的初衷, 只是寻求解决热功转化只是寻求解决热功转化的方向和限度问题的方向和限度问题, 未料推动了热力学第二定律的建立未料推动了热力学第二定律的建立. 热机热机通过工质从高温热源吸热，通过工质从高温热源吸热，向低温热源放热、并对环境做功的循向低温热源放热、并对环境做功的循环操作机器。环操作机器。举例：汽车发动机举例：汽车发动机 汽油喷入发动机气缸后燃烧放热汽油喷入发动机气缸后燃烧放热（高温热源（高温热源Th），工质即空气吸收热量，工质即空气吸收热量（Q1）膨胀，推动活塞对外做功）膨胀，推动活塞对外做功(W)，然后通过排气管向温度为然后通过排气管向温度为TC的的低温热源低温热源大气大气排放尾气（尾气是热的，排放尾气（尾气是热的，Q2）6热机效率热机效率( (efficiency of the engine ) )定义：定义：热机效率热机效率注意：注意：从高温吸热，从高温吸热，Q1 0 对环境做功，对环境做