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《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件

《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件

例一：理想气体自由膨胀
原过程：Q=0，W=0，U=0， H=0
p2，V2
体系从T1，p1，V1 T2， 气体
真空
复原过程：
复原体系，恒温可逆压缩
WR
RT1
ln
V2 ,m V1,m
环境对体系做功
保持U=0，体系给环境放热，而且 QR=-WR
表明当体系复原时，在环境中有W的功变为Q的热，因 此环境能否复原，即理想气体自由膨胀能否成为可逆 过程，取决于热能否全部转化为功，而不引起任何其 他变化。
它们的逆过程都不能自动进行。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。
•化学反应 Zn+H2SO4等？
如图是一个典型的自发过程
小球
小球能量的变化：
热能
重力势能转变为动能,动能转化为热能，热传递给地面和小球。
最后,小球失去势能, 静止地停留在地面。此过程是不可逆转的。 或逆转的几率几乎为零。
能量转化守恒定律(热力学第一定律)的提出,根本上宣布 第一类永动机是不能造出的,它只说明了能量的守恒与转化及 在转化过程中各种能量之间的相互关系, 但不违背热力学第一 定律的过程是否就能发生呢？（同学们可以举很多实例）
热力学第一定律（热化学）告诉我们，在一定温度 下，化学反应H2和O2变成H2O的过程的能量变化可用U（或H） 来表示。
热力学第二定律(the second law of thermodynamics)将解答：
化学变化及自然界发生的一切过程进行 的方向及其限度
第二定律是决定自然界发展方向的根本 规律
学习思路
基本路线与讨论热力学第一定律相似， 先从人们在大量实验中的经验得出热力学第 二定律，建立几个热力学函数S、G、A，再 用其改变量判断过程的方向与限度。

热力学第二定律-PPT课件

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答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正 确的是( ) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，
而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式 的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响， 故两条定律并不矛盾
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是 导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的， 但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能 保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外 力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．

热力学第二定律1ppt课件

热力学第二定律1ppt课件
做功，只有以从高温热源吸收一部分热量，再放掉其中一部
分热量给低温热源为代价，否则不能做功.
• 卡诺循环的热温商之和等于零，不可逆循环的热温商之和小
于零。
.
22
§3.3 熵
1.熵的导出
卡诺循环结论
2 pa
Q1 Q2 0 T1 T2 推广到任何可逆循环：
Q Ri0 或 Q 0
i Ti
TR
b 1
• 任意可逆循环的V 分割 红线恒温可逆, 蓝线绝热可逆.
2.卡诺定理
卡诺定理：在高低温两个热源间工作的所有热机中，以可逆 热机的热机效率为最大。（反证法）
.
21
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
1-T2 T1
结论:
QQ
1 2 0 TT
可逆循环取等号
1
2
• 循环过程是可以对外做功的.
• 理想气体卡诺热机的效率η恒小于1, 且只与两个热源的温度 (T1, T2)有关, 温差愈大, η愈高。也就是说，卡诺热机要对外
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不产生其 它变化是不可能的。即热功转变的不可逆性。
热：能量传递的低 级形式：无序能
高级能可以无条件地 转变为低级能；低级 能全部转变为高级能 是有条件的——给环
境留下影响。
.
功是能量传递的高 级形式：有序能
10
第二类永动机是不可能造成的
.
11
对热力学第二定律的说明： （1）热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任 何方式加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。 （2）热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的， 由一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。

热力学第二定律课件

热力学第二定律课件

●【点拨】 虽然第二类永动机不违反能量守恒定律 ，大量 的事实证明，在任何情况下热机都不可能只有一个热源， 热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地 将一部分热量传给低温热源．
若热机从高温热源吸收热量Q1，其中一部分转化为对外所
做的机械功W，另一部分热量Q2随废气排放到冷凝器中．根据
能量转化和守恒定律，应有Q1＝W＋Q2，热机效率η＝
●解析： 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的 转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所 有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律， 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其 他系统做功．A错误，B正确，故选B、C.
●答案： BC
●2．热力学第二定律的一种表述 ●热量不能 自发 地从低温物体传到高温物体．这是热力学
第二定律的克劳修斯表述，阐述的是 传热 的方向性．
●二、热力学第二定律的另一种表述
●1．热机
●(1)热机工作的两个阶段
●第一个阶段是 燃烧燃料 ，把燃料中的 化学能 变成工作物质的
内能．
●第 二个 阶段是 工作 物质对 外
中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液
化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是( )
●A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 ●B ． 电 冰 箱 的 制 冷 系 统 能 够 不 断 地 把 冰 箱 内 的 热 量 传 到 外 界 ，
是因为其消耗了电能 ●C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 ●D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
地球上海水的总质量达1.4×1021 kg.如果把这些海水的温度 降低1 ℃，放出的热量就达9×1018 kW·h，足够全世界使用4 000年．这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所 以叫做第二类永动机．前面学到的，违背能量守恒定律的永 动机，叫做第一类永动机．

第六章-热力学第二定律PPT课件

第六章-热力学第二定律PPT课件

力学中称为方向性问题。
.
2
3，第二类永动机是不可能实现的
4，热力学第二定律与第一定律 相互独立互相补充
二，热力学第二定律的克劳修斯表述
克劳修斯（Rudolf Clausius，1822-1888），德国物理学家，对热力
学理论有杰出的贡献，曾提出热力学第二定律的克劳修斯表述和熵
的概念，并得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论和热力
.
4
3，更简单的克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温热源传向高温热源。
通过以上内容，我们来判断以下说法正确与否：
① 功可变成热，热不能变成功。（若 对，举一例说明）
② 功可完全变成热，热不能完全变成功。（若不对，举一反例）
③ 功不能完全变成热，热能完全变成功。
④ 功可完全变成热，但要在外界作用下，热能完全变成功。
2，两种表述将的都是热和功的问题，功不仅限于机械功的广义 功，每一种功热转换过程也可以作为热力学第二定律的表述。
热力学第二定律不是若干典型热学事例的堆积仓库，物理定律也 不能停留在具体的表面描述，真正的热力学定律应当是对物理本 质的描述，不同的表述应当有共同的物理本质，热力学第二定律 应该有更好的叙述。
第六章，热力学第二定律
问题的引入：
1，焦耳理论与卡诺热机理论的矛盾：同属能量转换， 有用功变热可以全部实现，为什么反过来就不能全部 实现，能量转换与守恒定律可没有这样的限制。
2，热机效率始终小于1并不全是技术原因
3，大量与热有关的自然过程仅靠热力学第一定律是不 足以解释的：1）热传递是不可逆的；2）电影散场后， 观众自发离开影院走向各方，却不能自发地重新聚集在 原来的电影院； 3）空气自由膨胀不能自发收缩等。
小结：上述三个不可逆过程，在推理过程中，很容易找到使系统 复原的方法，但这种情况并不多见，并且花费很多精力时间去寻 找系统复原的方法，很不经济。所以，我们必须借助其他方法。

第二章 热力学第二定律 物理化学课件

第二章 热力学第二定律 物理化学课件

设始、终态A，B的熵分别为SA 和 SB，则：
SB SA S
B Qr AT
对微小变化
dS Qr
T
上式习惯上称为熵的定义式，即熵的变化值可 用可逆过程的热温商值来衡量。
2 不可逆过程的热温商
• 如果热机进行不可逆循环，则其效率必 然比卡诺循环效率低，即
Q1 Q2 Q1
T1
T 2
T1
或
1+
T K
2
dT T
J K-1
24.3J K-1
• 此过程热温商为
Q
T
2
373 K 273 K
32.22
22.18 103
T K
373
3.49
106
• 故开动此致冷机所需之功率为
1780
1 60
W
50%=59.3
W
§2.4 熵的概念
• 1 可逆过程的热温商及熵函数的引出
• 在卡诺循环中，两个热源的热温商之和 等于零，即
Q1 Q2 QB 0
T1 T2
TB
• 那么，任意可逆循环过程的多个热源的 热温商之和是否仍然等于零?
§2.4 熵的概念
S Qr Qr TT
• 对理想气体定温可逆过程来说 Qr=-Wr
nRT ln V2
S
V1 nR ln V2 nR ln p1
T
V1
p2
例题3
• (1) 在300K时，5mol的某理想气体由 10dm3定温可逆膨胀到100dm3。计算此过 程中系统的熵变；
• (2)上述气体在300K时由10dm3向真空膨 胀变为100dm3。试计算此时系统的S。 并与热温商作比较。
Q1

3.4热力学第二定律课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.4热力学第二定律课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册

热力学第二定律的反思
热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？
①两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学 第二定律。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力 学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可 逆的。
热力学第二定律的意义 热力学第二定律的意义？ 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热 力学第一定律的一个重要自然规律。
一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停 下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和 地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体， 靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运 动起来。
机械能与内能转化的方向性
热机：是一种把内能转化为机械能的装置。 (汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述： 不可能从单一热库吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
适用条件：只能适用于由很大数目分子构成的系统及有限范围内的宏观过 程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述： 不可能从单一热库吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
②要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产 生其它影响或引起其它变化。
热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。
热力学第二定律
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温 物体传给高温物体”？
不能。“自发地”是指没有第三者的影响，例如空调 、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物 体，但是也产生了影响，即外界做了功。
第二类永动机

热力学第二定律-物理化学-课件-03

热力学第二定律-物理化学-课件-03
7
说明： 1.各种说法一定是等效的。若克氏说法不成 立，则开氏说法也一定不成立（证明见书48页）； 2.要理解整个说法的完整性切不可断章取义。如 不能误解为热不能转变为功，因为热机就是一种把 热转变为功的装置；也不能认为热不能完全转变为 功，因为在状态发生变化时，热是可以完全转变为 功的（如理想气体恒温膨胀即是一例） 3.热二律与热一律同样都是建立在无数客观事实基础 上的客观规律。至今还没有发现违背热二律的事实。
平衡
20
（2）真空膨胀 熵是状态函数，始终态相同，系统熵变也相同， 所以：
S sy 19.14 J K
1
S su
Q pra Tex
0
Sis Ssy Ssu 19.14 J K 1 0
自发过程
21
恒容变温
QV= dU = nCV,mdT
S
4
自发过程的定义
没有环境的影响下而能自动发生的过程 自发过程的特点 有方向的，有限度的，是不可逆过程。 要正确理解自发过程具有单向性（不可逆）的含义: 并不是其不能反向进行，环境对系统做功，可以使 系统复原，如利用水泵引水上山；利用空调机，可 以把热量从低温物体传到高温物体，但是一定在环 境中留下痕迹。 5
22
PVT均变化的ΔS的计算-理想气体
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
恒容 SV
S
( p ',V1 , T2 )
恒温 ST
T2 V2 S SV ST nCV ,m ln nR ln T1 V1
23
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
V2 p2 Qr Wr nRT ln nRT ln V1 p1 Qr V2 p2 S nR ln nR ln T V1 p1

物理化学-热力学第二定律PPT课件

物理化学-热力学第二定律PPT课件

(2) 当T2-T1=0, (3) 当T1=0K,
=0 =100%
表述
第四节 卡诺定理
1. 所有工作在相同的高温热源与低温热源 之间的任意热机以卡诺热机的效率最大。
2.卡诺热机的效率只与两热源的温度有关， 而与工作物质无关
证明：
卡诺定理的数学表达式 R≧ I
T2–T1 ≧ T2
Q2+Q1 Q2
Q1 + T1
低电位
逆过程称为非自发过程
（２）不可逆性 理想气体真空膨胀 Ｑ＝０ Ｗ＝０ Ｕ＝０ 再等温可逆压缩回去 Ｕ＝０ Ｑ＝Ｗ 系统恢复，环境失Ｗ，而得Ｑ
环境恢复，Ｑ能否全部转变Ｗ
自发过程能否成为可逆过程，可归结为： 在不引起其它任何变化条件下，热能
否全部变为功。 焦尔的热功当量测定实验
一切自发过程都是不可逆过程
二、热力学第二定律数学表达式 ——克劳修斯不等式
U=0
W=Q1+Q2
W=W1+W2+W3+W4
=
nRT2ln(V2/V1)
-∫
T1 T2
CV
dT
+
nRT1ln(V4/V3)
-∫
T2 T1
CV
dT
W= nRT2ln(V2/V1) + nRT1ln(V4/V3) (2) 绝热膨胀
T2V2 -1 = T1V3 -1 (3) 绝热压缩
T2V1 -1 = T1V4 -1
式中， K1, K2, K 3 均为常数， Cp /CV
绝热功的求算
理想气体绝热可逆过程的功
W V2 pdV V1
=
K V2 V V1
dV
=
K
(1

大学物理热力学第二定律(课件)

大学物理热力学第二定律(课件)

P
a Q1
1. a-d 2. d-c 3. c-b
绝热膨胀（降温）； 等温膨胀（吸热）； 绝热压缩（升温）；
b
4. b-a 等温压缩（放热）。
A
外界对系统作功，系统从低温
T1
热源吸热，向高温热源放热。
d
（冰箱的工作原理） c
Q2
T2
O
V
§4-3 循环过程
二、卡诺循环 2.卡诺致冷机 若将卡诺循环逆向进行就构成了卡诺致冷机
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
环过程。 如果循环过程中各个阶段都是准静态过程，这个循
环过程可以用p-V图上一条闭合曲线来表示。
循环过程 △E = 0 ， Q净=A净
P
正循环 （顺时针循环 A﹥0）
a
O
V
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
c

A Q1

Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
1 T2 T1
结论：
c
1
T2 T1
（1）完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源。
（2）卡诺热机的效率只与高低温热源的温度有关，与 工作物质无关。提高热机效率的有效途径是提高两个热源 的温度差。
（3）由于Q2≠ 0，T2 ≠ 0，卡诺热机的效率 C﹤1。
Q2 T2 Q1 T1
如果循环过程中不向低温热源
放热，即Q2=0，则效率C=1。实践
证明做不到。
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ？
p
A1>A2
T2 A1
T1
A1=A2
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动力学法
• 如图所示，长12cm的汞柱在玻璃管封住一 定质量气体，若试管在倾角30°的光滑斜 面上自由滑下，则A气体压强为
• 如图所示，质量为M的气缸放在光滑水平地 面上，活塞质量为m，面积为S。封住一部 分气体，不计摩擦，大气压强为P0，若在 活塞上加一水平向左的恒力F，求气缸、活 塞共同加速运动时，缸内气体的压强。 （设温度不变）
第二类永动机
１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部 用来做功而不引起其他变化的热机。 ２、特征：符合能量守恒定律；不可能引起其他 变化 。 ３、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性， 尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能 全部转化为机械能，同时不引起其它变化。 第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了 机械能与内能转化的方向性，所以不可能制成。 说明：机械能和内能的转化过程是具有方向性。
热力学第热量传给低温物体，而 低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高 温物体。 高温 高温 低温 低温
物体 物体
物体
物体
Q
会自动发生
气体自 由膨胀
会自动发生
Q
不会自动发生
气体自 动收缩
不会自动发生
自发地：没有任何外界的影响或帮助。 如何实现反向过程？ 借助外界的帮助
练习.横截面积为3 dm2的圆筒内装有0.6 kg的水，太阳光垂直照射了2 min，水温升 高了1℃，设太阳能只有45%到达地面，试 估算出太阳的全部辐射功率为多少？（保 留1位有效数字，设太阳与地球之间平均距 离为1.5×1011m）。
4×1026W
以内燃机为例：气缸中的气体得到燃料燃烧时产生 的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时 把热量Q2散发到大气中。
有：Q1=W+Q2 用η 表示热机做功的效率，则有： η =W/Q1 汽油机的效率20%-30%
燃气轮机的效率40%
理想热机也不可能把吸收的能量100%地转化成机械 能。
热力学第二定律
压强P
• 压强的微观解释 • 影响压强的因素 • 求气体压强的方法
静力学法
• 选取与气体接触的物体（如活塞、气缸、 液柱、小液片等）为研究对象，进行受力 分析，建立平衡方程，求出气体压强。 • 求图中被封闭气体的压强，管中灌有水银， 大气压强P0＝76cmHg。
• 如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器 竖直放立， 活塞上表面水平，下表面与 水平面夹角为θ，活塞质量为M，不计活塞 与筒壁的摩擦，大气压强为P0，求筒内气 体压强P。
涉及热现象的物理过程具有方向性。
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体， 而不产生其他变化。（按热传导的方向性表述） 表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用 来做功，而不引起其他变化。（按能量转化的方向 性表述） 两种表述是等价的。
意义：揭示了宏观过程的方向性;在物理、化学、 生物等学科中有重要的应用；对我们认识自然和利 用自然有重要的意义。
例、关于“永动机”的下列说法中正确的是
A．不消耗任何能量的燃料，却能源源不断地对外 做功的机器是绝对不能制造成功的，因为它违背了 能的转化和守恒定律 B．只要不违背能的转化和守恒定律的机器总是能 够制造成功的 C．只从单一热源取热，使之完全变为有用功而不 产生其他影响的机器是可以制造出来的
D．热效率是百分之百的热机是绝对不可能制造出 来的 AD
电冰箱
1、热传导的方向性： 请分析：冬天，人从屋内走向屋外，感到寒气逼 人，这个人说：冷空气把“冷”传给了“我” ； 或者说： “ 我把温度传给了冷空气． ” 这些说法 对吗？ 请分析：冰箱为什么会把热量从内部传向外部？ 热传导是有方向性的，这一过程可以向一个方向自 发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要 实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而 产生其它影响或引起其它变化。