物理化学Lesson11-12 热力学第二定律
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热力学第二定律具体内容:热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处.热力学第二定律是描述热量的传递方向的分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能.此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵(entropy)增高的方向发展.熵是一种不能转化为功的热能.熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度.高、低温度各自集中时,熵值很低;温度均匀扩散时,熵值增高.物体有秩序时,熵值低;物体无序时,熵值便增高.现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加.克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文表述不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能造成.若要简捷热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体。
物理化学教案
无序度增大的过程是熵增大的过程。
熵是量度系统无序度的函数。
克劳修斯不等式T Q dS /δ≥ 3.5
可逆过程的熵变大于不可逆过程的热温商
计算不可逆过程的熵变时,不能用该过程的实际热温商,而应设计一条可逆途径,计算可逆途径的热温商才是该过程的熵变
1.4熵增原理
1. 系统经历一绝热不可逆过程,由Clausius 不等式可知其熵变大于
零:
S > 0 (封闭系统,绝热不可逆过程)
2. 将Clausius 不等式应用于隔离系统,在隔离系统中发生的任何过
程均为绝热过程,因此:⎩⎨⎧>=∆不可逆过程 0
可逆过程 ,0隔)(,S 在绝热
过程中熵不可能减少。
3. 对于封闭系统,系统 + 环境为隔离系统,S(隔) = S(系) + S(环),
因此:⎩⎨⎧
>=∆+∆不可逆 ,0 可逆 ,0)环()系(S S
一切可能发生的宏观过程,即不可逆过程,均向着隔离系统熵增大的方向进行,直至平衡时熵达到该条件下的极大值;任何可能的过程,均不会使隔离系统的熵减少。
4. 熵判据,非绝热过程能否发生
Clausius 不等式,∑→-∆B A B A T Q S δ 3.6
ΔS(隔)=ΔS(系)+ΔS(环) 3.7
判断过程是否可逆不能仅用系统的熵变作判据,而必须是隔离系统的熵变,即ΔS 系+ΔS 环,计算时应计算ΔS 系,ΔS 环
下面就来讨论一下几种常见的物理过程熵变的计算及熵判据的应用
一、环境熵变的计算
若环境由处于平衡态的不发生相变化和化学变化的物质所构成。
ΔSamb =Qamb/Tamb =- Qsys/Tamb
二、定温过程的熵变
1、绝热可逆过程ΔS =0 (1)
2、任意定温可逆过程ΔS =∫δQr/T =Qr/T (2)
3、理想气体定温可逆过程
ΔS =(nRTlnV2/V1)/T=nRln V2/V1=nRlnP2/P1 (3)
三、定压或定容条件下的变温过程的熵变
1、定压变温过程ΔS =∫δQr/T =∫C P dT/T =C P ln T2/T1
即ΔS =nCP,mlnT2/T1 (4)
2、定容变温过程ΔS =∫δQr/T =∫C V dT/T =C V ln T2/T1
即ΔS =nCV ,mlnT2/T1 (5)
四、 理想气体(P 、V 、T)状态改变条件下的熵变,可逆过程,
W’=0
pdV dU W -dU Q -r
r +=-d =d T pdV dU T
Q -dS r
+=d = ⎰⎰+=∆2
121d =T pdV dU T Q -S r
3.8 理想气体PVT变化的通式,熵是状态函数,不局限于可逆过程 12-m V,12-m ,2
112-m ,1212m V,ln nC V V ln
nC nRln T T ln nC V V nRln T T ln
nC p p p p S p p +=+=+=∆ 1
221ln ln V V nR p p nR S T ==∆。