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热力学定律课件-热力学第二定律 ppt

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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。

(完整版)热力学第二定律.ppt

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热力学第二定律的微观实质
从微观上看，任何热力学过程都伴随着大量分子的无序运 动的变化。热力学第二定律就是说明大量分子运动的无序程度 变化的规律。 •功转换为热：大量分子的有序运动向无序运动转化， 是可 能的；而相反的过程，是不可能的。
•热传导：大量分子运动的无序性由于热传导而增大了。 •自由膨胀：大量分子向体积大的空间扩散，无序性增大。
不可能从单一热源吸收热量，使它
Q
完全转变为功而不引起其它变化。
热源
A. 从单一热源吸收热量，使它完全转变为功，一定要引起 其它变化。
特例：等温过程从单一热源吸收热量，并完全用来做功， 必导致系统体积变化。
B. 第二类永动机不可能制成。
η 100% 2.克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
讨论： A.没有外界做功，不可能从低温热源将
热量传输到高温热源。 B.第二类永动机不可能制成。
高温热源 Q1 A
Q2 低温热源
热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提 出的。对热机，不可能吸收的热量全部用来对外 作功；对制冷机，若无外界作功，热量不可能从 低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种 表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。
S 0
(孤立系, 自然过程)ห้องสมุดไป่ตู้
§8-6 热力学过程的不可逆性
广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发
经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个 过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回 到原来状态，同时原过程对外界引起的一切影 响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员，则称为不可逆过程。
各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态 数多，这种宏观态出现的可能性就大。

热力学第二定律-PPT课件

热力学第二定律-PPT课件

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．

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。

热力学第二定律.PPT共28页

热力学第二定律.PPT共28页
热力学第二定律.
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来Байду номын сангаас一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联

人教版高中物理《热力学第二定律》优秀PPT课件

人教版高中物理《热力学第二定律》优秀PPT课件

四、永动机不可能制成 1、 第二类永动机
概念：从单一热源吸收热量，全部用来做功 而不引起其它变化。（马儿吃草全部消化吸收）
结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过 程具有方向性的规律（热力学第二定律）。
2、热力学第二定律的另一种表达：第二类永 动机是不可能造成的。
热力学第二定律得其他描述： 1、一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 2、气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产 生其他影响。
在整个自然界中，无论是他有生命的还是
无生命的，所有的宏观自发过程都具有单 向性，都有一定的方向性，都是一种不可 空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任何事情。
不大可能的事也许今天实现，根本不可能的事也许明天会实现。 我成功因为我志在成功！
逆过程。如河水向下流，重物向下落，山 再冷的石头，坐上三年也会暖。
如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。
岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡 辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。汽车坐垫布莱克
推销产品要针对顾客的心，不要针对顾客的头。 若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。
等。
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
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）
自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高．
（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 按此设想就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。
通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体 按此设想就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。

物理化学热力学第二定律课件

节能减排与可持续发展
为了解决环境问题，需要采取节能减排措施，提高能源利 用效率，减少能量耗散和损失。同时，需要推动可持续发 展战略，实现经济发展和环境保护的良性循环。
03
热力学第二定律在环保技术中的应用
热力学第二定律在环保技术中有着广泛的应用，例如在热 力发电、制冷、空调、汽车节能等领域。通过合理利用和 回收能源，可以有效降低能量耗散和损失，提高能源利用 效率，从而减少对环境的负面影响。
热力学第二定律
孤立系统的总熵不会减少，即自然发生的反应总是向着熵增加的 方向进行。
熵与热力学第二定律的关系
热力学第二定律表明孤立系统的总熵总是增加的，即系统总是向着 更加无序和混乱的状态发展。
统计意义
熵的增加反映了自然界的不可逆过程和自发的变化方向，是自然界 的基本规律之一。
06 热力学第二定律的局限性 与发展
非平衡态热力学的提出
01
为了解决热力学第二定律的局限性热力学的应用
02
非平衡态热力学可以描述系统在非平衡态下的性质和行为，为
研究复杂系统提供了有力工具。
非平衡态热力学的挑战
03
非平衡态热力学的理论体系尚不完善，仍需进一步发展和验证
。
理想热机与实际热机的效率
理想热机是指没有能量耗散和损失的热机，其效率可以达到百分之百。然而在实际应用中 ，由于各种原因（如摩擦、不完全燃烧等），实际热机的效率总是低于理想热机的效率。
提高热机效率的方法
为了提高热机效率，可以采取多种方法，例如改善燃烧过程、减少摩擦和内部泄露、回收 和利用余热等。这些方法可以有效降低能量耗散和损失，从而提高热机的转换效率。
系统无序程度的量度。
热力学概率与自发过程的关系
自发过程总是向着热力学概率增加的方向进行，即向着更 加无序的方向发展。这也是热力学第二定律的实质。

第六章 热力学第二定律.ppt

热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。 但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A


1 261023

0



1 2
N
A


1 261023

0
这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率


1

106
106



1 106106


1 23.326106

1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η

即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。

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
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2.应用能量守恒定律解题的方法和步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、 化学能、光能等)在相互转化. (2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式. (3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增.
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且 减少量和增加量一定相等. ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加， 且减少量与增加量一定相等.
至死亡等.
例5
炎炎夏日，两位同学在充满凉意的空调室内，就空调
机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论. 甲同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外， 即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二 定律.
ห้องสมุดไป่ตู้
乙同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空
调机的工作过程不可能违反它.
答案 AC
借题发挥
(1) 由图象的物理意义，结合理想气体状态方
pV 程 ＝C，明确气体的状态变化. T
(2)根据ΔU＝W＋Q，作出判断.
例3
一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105J的热量，同
时气体对外做了6×105J的功，问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
解析 气体从外界吸热为 Q＝ 4.2×105J ，气体对外做功 W ＝－6×105J，由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)
解析
气体迅速放出时，气体体积膨胀对外做功，同时
温度降低，使气嘴处温度明显低于外界温度，从外界吸 热.故正确答案为B. 答案 B
例2
一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B. )
这一过程的V-T图象如图1所示，则(
A.在过程AC中，外界对气体做功，内能不变
B.在过程CB中，外界对气体做功，内能增加
C.在过程AC中，气体压强不断变大
D.在过程CB中，气体压强不断减小
图1
解析
由图象可知，AC过程是等温压缩，CB过程是等容
升温，据气态方程可判断出： AC过程气体体积变小，外 界对气体做功，气体内能不变，气体压强不断变大； CB 过程气体体积不变，内能增加，显然气体从外界吸热， 气体压强不断增大，故A、C正确.
三、热力学第二定律的应用
1.热力学第二定律的两种表述 (1)按照热传递的方向性表述为：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. (2)按照机械能与内能转化的方向性表述为：不可能从单一
热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 . 这
是热力学第二定律的开尔文表述.
＋ 4.2×105J ＝－ 1.8×105J.ΔU 为负，说明气体的内能减少
了.所以，气体内能减少了1.8×105J. 答案 内能减少1.8×105J
(2)分子势能是增加还是减少？
解析 因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子
间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了. 答案 分子势能增加
克服阻力所做的功
雨滴重力势能的减少，W＝mgh＝400m J
转化成雨滴的内能为Q＝W· η＝400m J×30%＝120m J
Q 由 Q＝cmΔt 得：Δt＝cm≈0.03 ℃
答案 升高0.03 ℃
借题发挥
应用能量守恒定律解决问题时，首先应明确
有哪几种能量参与转化或转移，哪些能量增加，哪些能
量减小，然后利用守恒的观点列出方程求解.
ΔU＝W＋Q. 正确理解公式的意义及符号含义是解决本类
问题的关键. (1)外界对物体做功，W>0；物体对外做功，W<0； (2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0； (3)ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少.
分析题干，确定内能改变的方式(W、Q)→判断W、Q的符
号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论
(3)分子的平均动能是增加还是减少？ 解析 因为气体内能减少，同时分子势能增加，所以分
子的平均动能减少.
答案 分子的平均动能减少
二、能量守恒定律及应用 1.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，
它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体 转移到另一个物体，在能的转化或转移过程中，能量的 总量保持不变. 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能 可以相互转化.
2.热力学第二定律的微观意义
(1) 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方
向进行.
(2) 用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一
个孤立系统的总熵不会减小.
3.在整个自然界中，无论有无生命，所有宏观的自发过程
都具有单向性，都是不可逆过程 .如河水向下游流，重物
向下落，房屋由新到旧直至倒塌，人要从婴儿到老年直
(4)解方程，代入数据，计算结果.
例4
在近地的高空中，雨滴几乎是匀速下落的，设在此
过程中所产生的热量有30%被雨滴吸收，求雨滴在近地下
落 40 m 前、后的温度差？ [g 取 10 m/s2 ，水的比热容 c ＝
4.2×103 J/(kg·℃)] 解析 设雨滴的质量为m 因为雨滴匀速下落，所以雨滴重力势能的减少等于雨滴
克劳修斯表述
开尔文表述
熵增加原理
能量耗散
能源 能源与环境
新能源
专题复习
一、做功、热传递与内能变化的关系
1.做功与热传递的区别与联系 做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变
物体的内能上是等效的，但它们的本质不同 .做功是其他
形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的
转移.
2.热力学第一定律
第十章 热力学定律
编号：37
热力学定律 功和内能 内能 本质 功和内能转化的关系：ΔU＝W
本质 热和内能 热和内能转化的关系：ΔU＝Q 方式：热传导、热对流、热辐射 等效性：做功和传热在改变物体内能上是等效的
内能
能量守恒 热力学第一定律 表达式：ΔU＝W＋Q
符号法则
能量守恒定律
两种表述
热力学第二定律 微观解释
ΔU>0，则内能增加ΔU； ΔU<0，则内能减少|ΔU|.
例1
当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现车
)
胎气嘴处的温度明显降低，则在这个过程中( A.气体对外做功，同时向外散发热量
B.气体对外做功，车胎内气体温度降低，从外界吸热 C.外界对车胎内气体做功，车胎内气体向外传递热量 D.外界对车胎内气体做功，同时向车胎内气体传递热量