第19章-热力学第二定律

1、长 沙 理 工 大 学 备 课 纸39第 5 章 热力学第二定律一、教案设计教学目标: 使学生深刻认识热力学第二定律的实质-热过程的方向性，实际过程不可逆；了解第二定律的不同表述，掌握热力学的推论工具和推论方法，深刻理解卡诺定理、克劳修斯不等式、熵增原理等判据的重要意义及其应用方法。理解有效能、自由能、自由焓、热力学温标等概念。知 识 点：理解热力学第二定律的实质，自发过程，卡诺循环，卡 诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用。

2、1,2,11.1 自然过程的方向,11.2 热力学第二定律,11.3 过程的可逆性,11.4 卡诺定理,11.5 克劳修斯熵公式,11.6 熵增加原理,11.9 温熵图,11.10 熵与能量退降,11.7 热力学第二定律的统计意义,11.8 玻耳兹曼熵公式,第十一章 热力学第二定律,3,11.1 自然过程的方向,符合热 I 律的过程不一定能在自然界发生。,重物下落，功全部转化 成热而不产生其它变化， 可自然进行。,水冷却使叶片旋转，从 而提升重物，则不可能 自然进行。,例如：,4,过程的唯一效果,能否发生,热功 转换,热传导,气体 扩散,一些自然过程的方向：,功全部转变成热,热全部转变成功,。

3、第23章 热力学第二定律、熵,任何实际的热力学过程都必须满足热力学第一定律（能量守恒）。但并不是所有满足能量守恒的过程都是可以自发实现的。,热力学第二定律是关于自然宏观过程进行方向的规律,是物质分子的运动从有序向无序发展的必然结果。它可以用熵的概念加以解释。熵是系统内分子运动无序性的量度，实际的宏观自发过程总是沿着熵增加（有序无序）的方向进行的（熵增加原理）。,1、热力学第二定律；,2、可逆过程和不可逆过程；,3、卡诺循环和卡诺定理；,4、熵的定义、计算和熵增加原理；,5、热力学第二定律的统计意义。,注: 本章涉。

4、24第五章 热力学第二定律1.基本概念热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定。

5、2018/6/19,第三章 热力学第二定律,2018/6/19,第三章 热力学第二定律,3.1 热力学第二定律,3.2 Carnot循环和Carnot定理,3.3 熵的概念,3.4 熵的物理意义和规定熵,3.5 Helmholtz自由能和Gibbs自由能,3.6 热力学函数间的关系,（文字形式）,（公式形式）,（*热二计算*）,（*热二拓展*）,2018/6/19,3.1 热力学第二定律,自发过程：,在一定条件下，不需外力推动，任其自然就能自动发生的过程,特点：不可逆单向性,不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化.,2018/6/19,3.1 热力学第二定律,Clausius说法:,热从低温物体流向高温物体的过程是。

6、希望同学们不要全部照抄，对照答案认真写，我也是在网上找的答案，答案可能有错，加油、 、 、图片是后五题的截图第 5 章 热力学第二定律5.1 已知状态 p1=0.2MPa，T 1=300K 的 1kg 空气，向真空容器作绝热自由膨胀，终态压力为 p2=0.1MPa。求作功能力损失 AL。 （设环境温度为 T0=290K）解: K2.36).2()()( 412121 Tkk )kg(1.02J/.ln875.ln9lnlMs 611 pRcgpgJ8.30.S0LA5.2 三个刚性物体 A、B、C 组成的封闭绝热系统，其温度分别为 TA=200K、TB=400K、TC=600K ，其热容量(mc)分别为(mc)A=10J/K、(mc)B=4J/K、(mc)C=6J/K 。试求： 三个物体直。

7、2019/9/19,物理化学电子教案第三章,2019/9/19,第三章 热力学第二定律,3.1 自发变化的共同特征不可逆性,3.2 热力学第二定律,3.3 卡诺定理,3.4 熵的概念,3.5 克劳修斯不等式与熵增加原理,3.6 热力学基本方程与T-S图,3.8 熵和能量退降,3.7 熵变的计算,3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义,2019/9/19,第三章 热力学第二定律,3.11 变化的方向和平衡条件,3.12 G的计算示例,3.13 几个热力学函数间的关系,3.14 热力学第三定律与规定熵,3.10 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能,*3.15 绝对零度不能达到原理热力学第三定律的另一种说法,*3.16 不可逆。

8、物理化学电子教案第三章,The Second Law of Thermodynamics,第三章 热力学第二定律,3.1 自发变化的共同特征,3.2 热力学第二定律,3.3 Carnot定理,3.4 熵的概念,3.5 Clausius不等式与熵增加原理,3.6 热力学基本方程与T-S图,3.7 熵变的计算,3.8 熵和能量退降,3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义,第三章 热力学第二定律,3.10 Helmholtz和Gibbs自由能,3.11 变化的方向与平衡条件,3.13 几个热力学函数间的关系,3.12 的计算示例,3.14 热力学第三定律及规定熵,*3.15 绝对零度不能到达的原理,*3.16 不可逆过程热力学简介,*3.17 信息熵浅释,3.1。

9、第五章 热力学第二定律Thesecondlawofthermodynamics,第一节 热力学第二定律的典型表述第二节 卡诺循环和卡诺定理第三节 克劳修斯不等式第四节 状态参数熵第五节 熵增原理,过程具有方向性,问题的提出,自由膨胀,不同工质混合,Q,Q,?,重物下落，水温升高;水温下降，重物升高？,电流通过电阻，产生热量,对电阻加热，电阻内产生反向电流？,据”一定”：QA=QB (1)设想另一过程：Q从 B A据“一定”同样可得：QB=QA (2)常识告诉我们，（2）不可能发生。第一定律有局限性,热力学第一定律能量守恒和转换定律。不违背第一定律的过程是否都能自发地实。

10、物理化学第二章,The Second Law of Thermodynamics,本 章 重 点,1.热力学第二定律及其应用 2.卡诺原理与克劳修斯原理 3.熵函数引出、定义、热温商与熵变 4. 熵增加原理、熵的微观本质 5.热力学第三定律与反应熵变计算 6.吉布斯函数与亥姆霍兹函数的引出及其应用 7.简单状态变化、相变化、化学反应过程的S、A、G的计算与判据 8.热力学基本方程、Maxwell关系式与热力学函数之间的基本关系式，吉布斯亥姆霍兹（GH）公式,1. 熵函数引出意义 2. 可逆过程设计与S计算 3.吉布斯自由能的概念与应用 4.热力学函数关系式及其证明,本 章 难 点,（1） 。

11、重点内容小结：1. 功、热量、内能、摩尔热容量等概念；2.热力学第一定律及其对理想气体各过程的应用；3.循环效能及其计算.,例3:有25mol的某种气体,作图示循环过程(ca为等温过程). 4.15105Pa,V12.010-2m3,V23.010-2m3求:(1)各过程中的热量、内能改变以及所作的功;(2)循环的效率,解:由理想气体状态方程及等压过程方程,得,得a、b状态的温度,(1) ab等压膨胀过程,吸热,内能改变,作功,bc等体压缩过程,放热,内能改变,作功 W=0,ca等温压缩过程,放热,内能改变,作功,(2)循环效率,第十二章 热力学第二定律,引 言,热力学第一定律给出了各种形式的能量。

12、开尔文,克劳修斯,热力学第二定律,第十章,卡诺,10.1 自然过程的方向,自然过程 自然界中按一定方向进行的不可逆过程,热力学研究中三个典型的自然过程： 功热转换、热传递和气体的绝热膨胀。,1、功热转换,自然过程：通过摩擦使功转变成热（自发进行）,逆过程：热自动地转换为功。或者说，不引起其它变化，唯一效果是一定量的内能（热）全部转换成了机械能（功） （不可能发生）,火车刹车，叶片在水中转动水温升高。,车轮自动冷却，车子启动； 水温自动降低，产生水流，推动叶片转动,问题,热是否不能转化为功呢？,不是，热机变是将热转变为功。

13、第五章 热力学第二定律,教学目标：使学生熟练掌握热力学第二定律实质、数学表达式，能进行热力过程不可逆性的判定。 知识点：热力学第二定律实质及表述；卡诺循环、卡诺定理；熵与熵方程；孤立系统熵增原理。 重 点： 热力学第二定律的实质；卡诺循环及卡诺定理对热功转换效率的指导意义，熵参数定义，过程不可逆性与熵增之间的关系，利用熵方程进行热力计算以及作功能力损失的计算。 难 点： 热力过程的方向性与不可逆性的判定，熵的概念及其物理意义，孤立系统熵增原理对生产实践的指导意义。,、热功转换的方向性,热功转换模拟图,5.1 热。

14、第4章 热力学第二定律 (The second law of the thermodynamics),(1),满足热力学第一定律的热力学过程是否一定发生?,自然界的热力学过程具有方向性,1.功变热的过程具有单向性,2.热传递的过程具有单向性,3.气体绝热自由膨胀的过程具有单向性,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,本章内容: 1)热力学过程进行的方向遵守什么规律?2)这个规律的微观本质如何?3)如何定量地表示这一规律?,4.1 热力学第二定律 (The second law of the thermodynamics),一、热力学第二定律的宏观表述,单一热源(T),热机,1.开尔文表述 (Kelvin statement),不。

15、,热力学第二定律,3.1 卡诺循环,3.2 热力学第二定律,3.3 熵增原理,3.4 单纯pVT变化熵变的计算,3.5 相变过程熵变的计算,3.9 克拉佩龙方程,3.10 吉布斯-亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系式,3.6 热力学第三定律和化学变化过程熵变计算,3.7 亥姆霍兹函数和吉布斯函数,3.8 热力学基本方程,3.1 卡诺循环（Carnot cycle）,（1）卡诺热机和卡诺循环,热机：,通过工作介质从高热源吸热、向低温热源放热并对环境作功的循环操作的机器,卡诺热机和卡诺循环,高温热源T1,低温热源T2,P1 ,V1 T1,P2 ,V2 T1,U1= 0 Q1 = W1= nRT1ln(V2 /V1),U2= 0 Q2 = W2= nRT2ln(V。

16、1,热力学第二定律 The second law of thermodynamics,2,3,一、自发过程的方向性,自发过程：不需要任何外界作用 而自动进行的过程。,热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势,4,归纳：1）自发过程有方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。,能量转换方向性的实质是能质有差异,能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件补偿过程,5,二、第二定律的两种典型表述,1.克劳修斯叙述热量不可能自发地不花代价地从低温 物体传。

17、开尔文,克劳修斯,热力学第二定律,第九章,卡诺,1、 热力学第二定律是对自然宏观过程能量转化方向认识的深化。,2、熵的统计定义与能量品质退降的统计思想,熵是对宏观过程方向性的一种定量描述，也是对微观运动无序性的描述；熵揭示的不是能量的守恒性，而是能量作功品质的优劣性。 3、广义熵,从宏观上看，热力学第一定律揭示了自然界中各种运动形式的能量可以通过宏观过程互相转化的规律，而热力学第二定律则进一步揭示了各种运动形式的能量在宏观过程中互相转化时在方向上受到“单向性” 限制的规律。从微观上揭示了在热力学过程中大量分子。

18、1,第五章 热力学第二定律,5-1 热力学第二定律,5-2 卡诺循环和卡诺定理,53 熵和热力学第二定律的数学表达式,54 熵方程与孤立系统熵增原理,5-5 系统的作功能力（火用）及熵产与作功能力损失,5-6 *火用平衡方程及火用损失,理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无 的概念。,本章基本要求,3,51 热力学第二定律,一、自发过程的方向性,只要Q不大于Q，并不违反第一定律,Q,Q,?,4,重物下落，水温升高; 。

19、第十九章,热力学第二定律,内容：,19.1、自然过程的方向 19.2、不可逆性相互依存 19.3、热力学第二定律的微观意义 19.4、热力学概率与自然过程的方向 19.5、逆过程 19.6、克劳修斯熵公式,热力学过程的方向性,设在某一过程中，系统从状态A变化到状态B。如果能使系统进行逆向变化，从状态B回复到初态A，而且在回复到初态A时，周围的一切也都恢复原状，则该过程称为可逆过程。,19.1 自然过程的方向,自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程。,可逆机：能产生可逆循环过程的机器。,不可逆机：不能产生。