物理化学热力学第二定律教学课件

第二章热力学第二定律热力学第一定律的作用告诉我们一个过程的能量变化热力学第二定律的作用:告诉我们一个过程能否发生以及发生的限度。§21热力学第二定律的内容人们已经观察到,自然界中存在一些能够自动发生的过程,称为“自发过程”例如1.热从高温物体传向低温物体,直至二者温度相同;2.气体从高压处自动流向低压处,直至各处压力相同3.不同气体总是趋于相互混合,直至完全混合均匀问题自发过程是否为可逆过程?结切自发过程都是不可逆过程。其不可逆性归结子热一功转换过程的不可逆性反过来说,不可逆过程可以(自动)发生人类的经验已经总结出:功可全部变为热,而热不能全部变为功而不引起任何其它变化。凯尔文(Kelⅶin)和普朗克(Plank)对热力学第二定律的经典描述在蒸汽机发明、改进、推广使用的年代,已经知道,热机从高温热源吸收热量Q2,将其中的一部分转化成(对环境的)功W其余部分Q则传入低温热源(可给环境的余热)。即:Q2=W+Q1那么,热转化成功的效率(-W/Q2)如何?最高效率为多少?卡诺回答了这个问题。§2.,2卡诺循环与卡诺定理法国物理学家萨迪·卡诺N.L.Sadicarnot1796-1832卡诺于1814年毕业于法国综合工科学校,被分配到工兵部队工作。1820年,退伍后从事物理学和经济学研究。1832年,死于霍乱,时年36岁卡诺设计的循环过程:假定热机为一气箱,其中含有1mol理想气体作为工作物质,气箱上有一无质量、无摩擦的理想活塞以便进行可逆过程。假定高温热源和低温热源的热容均为无限大,其温度分别为T2和T1。热机在两个热源之间,经过①定温可逆膨胀,②绝热可逆膨胀,③定温可逆压缩,④绝热可逆压缩构成一个可逆循环过程,热机可做最大功(这是因为可逆膨胀时,系统对环境做最大功;而可逆压缩时,环境对系统做最小功)。为理想热机①A→BA(p1V1)定温可逆膨胀②B→C绝热可逆膨胀③C→D定温可逆压缩D(p4v4)C(pave)④D→A绝热可逆压缩卡诺循环过程①:定温(T2)可逆膨胀理想气体ΔU=0,故Q2=-WRT2In(V2/Vi过程②:绝热可逆膨胀由于绝热Q=0,故△U=W2△U=Cv*△T=Cv=(T1T2)过程③:定温(T1)可逆压缩理想气体△U=0,故Q1=-W3W3=-RTIIn(V4/v3)过程④:绝热可逆压缩由于绝热Q=0,△U=W4△U=Cv△T=Cv(T2-T1)系统从状态A出发又回到状态A,故△U=0。所以,循环过程的总功W在绝对值上等于总的热效应。即W=-(Q2+Q1)总的热效应等于Q2+Q1总功W=W1+W2+W3+W4RTIn(v2lvi-rtiIn(va/v3)因为(V2V1)=(VyV4所以总功W=R(T1-T2)ln(V2V1)卡诺热机的效率n=-W/Q2=(Q2+Q1)Q2(T2-T/T进一步整理得(Q/T1)+(Q2T2)=0·Q/T是热量与温度之商,称为热温商可逆循环过程的热温商之和等于零。注解高温热源(T2)和低温热源(T1)的热容均为无限大,放出或吸收一定热量后温度不变。高温热源给热机介质的热量为Q2