【精品课件】物理化学热力学第二定律

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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。

大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律

大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律

05 热力学第二定律在工程技 术中应用
工程技术中不可逆过程分析
不可逆过程定义
在工程技术中,不可逆过 程指的是系统与环境之间 进行的无法自发逆转的能 量转换过程。
不可逆过程分类
根据能量转换形式,不可 逆过程可分为热传导、热 辐射、摩擦生热、化学反 应等多种类型。
不可逆过程影响
不可逆过程导致能量损失 和熵增加,降低系统能量 利用效率,并对环境造成 负面影响。
06 总结与展望
热力学第二定律重要性总结
热力学第二定律是自然界普遍适用的基本规律之一,它揭示了热现象的方向性和不可逆性,为热力学 的研究和应用提供了重要的理论基础。
热力学第二定律在能源转换和利用、环境保护、生态平衡等领域具有广泛的应用价值,对于推动可持续 发展和生态文明建设具有重要意义。
热力学第二定律的研究不仅深入到了热学、力学、电磁学等物理学各个领域,还拓展到了化学、生物学、 医学等其他自然科学领域,为多学科交叉研究提供了重要的桥梁和纽带。
提供了判断热过程进行方向的标准
根据热力学第二定律,可以判断一个热过程是否能够自发进行。如果一个热过程能够自发进行,那么它必须满足热力 学第二定律的要求。
为热力学的发展奠定了基础
热力学第二定律是热力学的基本定律之一,为热力学的发展奠定了基础。它揭示了热现象的本质和规律, 为热力学的研究和应用提供了重要的理论支持。
应用举例
在化学反应中,如果反应物和生成物处于同 一温度,则自发进行的反应总是向着熵增加 的方向进行。例如,氢气和氧气在点燃条件 下可以自发反应生成水,该反应的熵变小于
零,因此是一个自发进行的反应。
熵产生原因及影响因素
要点一
熵产生原因
熵的产生与系统的不可逆性密切相关。在不可逆过程中, 系统内部的微观状态数增加,导致系统的无序程度增加, 即熵增加。

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.

物理化学热力学第二定律课件

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§2.4 熵的概念
1. 可逆过程的热温商和熵函数的引出
Q2 Q1 T2 T1 -W Q2 Q2 T2
Q1 T1 1 1 Q2 T2
或:
Q1 Q2 T1 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
即卡诺循环中,热效应与温度商值的加和等于零。
§2.4 熵的概念
(1)任意可逆循环的热温商
mix S R nB ln xB
B
§2.5 熵变的计算
例1:1mol理想气体在等温下通过:(1)可逆膨胀, (2)真空膨胀,体积增加到10倍,分别求其熵变。 解:(1)可逆膨胀
Wmax nR ln V2 Q S (体系) ( )R V1 T T
nR ln10 19.14 J K
永 动 机 的 设 想 图
• 若违反开尔文说法造出了第二类永 动机,该机就可从大地、海洋、大 气等广阔的热源中吸取热量而把重 物举起,重物下落并撞击到任何高 于热源温度的物体上,重物的位能 转化为等量的热传递给高温物体。 这样一个低温热源加上一台不消耗 其它能源的第二类永动机,就实现 了热从低温物体传给高温物体而没 引起其它变化,这显然违反了克劳 修斯说法。
Q0
W2 U 2 n CV ,m dT =CV (T1 T2 )
T2 T 1
§2.3 卡诺循环和卡诺定理
过程3:等温(T1)可逆压缩由 p3V3 到 p4V4 (C D)
U 3 0
V4 W3 - RT1 ln V3 V4 Q1 -W3 =RT1 ln V3
§2.3 卡诺循环和卡诺定理
(W2和W4对消)
即ABCD曲线所围面积即为 热机所作的功。
§2.3 卡诺循环和卡诺定理
•根据绝热可逆过程方程式

物理化学 第三章 热力学第二定律课件

物理化学 第三章 热力学第二定律课件

第三章 热力学第二定律§3.1 热力学第二定律1.自发过程自发过程:在自然条件下,能够发生的过程,称为自发过程。

自发过程的逆过程称为非自发过程。

所谓自然条件,是指不需要人为加入功的过程。

例如:(1) 热量从高温物体传入低温物体; (2)气体向真空膨胀;(3)锌片与硫酸铜的置换反应等,。

说明:自发过程是热力学中的不可逆过程,这是自发过程长的共同特征。

自发过程的逆过程都不能自动进行,自发过程的逆向必须消耗功。

2.热、功转换任何热机从高温1T 热源吸热1Q ,一部分转化为功W ,另一部分2Q 传给低温2T 热源。

将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数,用η表示。

恒小于1。

即1W Q η-=若热机不向低温热源散热,20Q =,此时热机效率可达到100%,将所吸收的热全部变为功,实践证明这样的机器永远造不成。

人们将这种从单一热源吸热全部用来对外作功的机器,称为第二永动机。

2.热力学第二定律克劳修斯(Clausius )的说法:“不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其它变化。

”开尔文(Kelvin )的说法:“不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不发生其他的变化。

”克劳修斯和开尔文的说法都是指某一件事情是“不可能”的,即指出某种自发过程的逆过程是不能自动进行的。

克劳修斯的说法是指明热传导的不可逆性,开尔文的说法是指明功转变为热的过程的不可逆性,这两种说法实际上是等效的。

热力学第二定律和热力第一定律一样,是建立在无数事实的基础上,是人类经验的总结。

它不能从其它更普遍的定律推导出来。

§3.2 卡诺循环与卡诺定理1.卡诺循环(Carnot cycle )卡诺循环:由恒温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、恒温可逆压缩、绝热可逆压缩四个可逆步骤组成的循环过程。

以理想气体为工作物质,从高温T 1热源吸收Q 1的热量,一部分通过理想热机用来对外做功W ,另一部分的热量Q 2放给低温T 2热源。

热力学第二定律ppt课件

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热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功 ,而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%,总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成,不可以制成的原因:违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ,并可从一种表述导出另一种表述
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二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功,而不产生其他影响
机械能
全部转化(自发)
转化中有其他影响 (要向低温热库放热)
内能(热)
不产生其他影响:对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二:将一块烧红的铁块投入冷水中,会发生什 么现象?
铁块放热,温度降低,水吸热,温度升高;最终两 者温度相同。
问题:一段时间后会不会出现铁块温度升高,水的温度 降低的情况?
不会出现;说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η=1(100%), η=1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律,因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律,经过不断地技术改进,热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器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( BC )

大学物理化学经典课件2-7-热力学第二定律

大学物理化学经典课件2-7-热力 学第二定律
目录
• 热力学第二定律的定义 • 热力学第二定律的应用 • 热力学第二定律的微观解释 • 热力学第二定律与可逆过程 • 热力学第二定律的扩展与深化
01 热力学第二定律的定义
定义与表述
热力学第二定律的定义是
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产 生其他影响;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
04
非平衡态热力学的研究方法包括线性非平衡态热力学和远离平衡态热 力学。
自组织现象与耗散结构
自组织现象是指系统在没有外部干预的情况下,通过 内部相互作用和演化,自发地形成有序结构和功能的
现象。
输标02入题
耗散结构是指系统在远离平衡态时,通过与外界进行 物质和能量的交换,形成一种稳定的有序结构。
01
自然过程的方向性
自然过程的方向性
自然过程的方向性是指自然现象和过程总是向着一定的方向发展,这个方向符合热力学 第二定律。例如,化学反应总是向着熵增加的方向进行,即反应总是向着更加稳定和有
序的状态发展。
自然过程方向性的应用
自然过程的方向性在多个领域都有应用,如化学工程、环境科学、生物学等。了解自然 过程的方向性有助于预测和指导相关领域的实践应用,如化学反应的进行、生态系统的
卡诺循环与热效率
卡诺循环
卡诺循环是一个理想化的热力学循环, 由两个等温过程和两个绝热过程组成。 它被用来描述热机的工作原理,并用于 计算热机的最大效率。
VS
热效率
热效率是热机从输入的热量中转化为有用 功的比例,它反映了热机利用能量的效率 。卡诺循环的热效率是有限的,因为热量 不可能完全转化为有用功而不产生其他影 响。

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。

物理化学02章热力学第二定律---教学PPT课件


在0 K 时,一切完美晶体的熵值为零
42
2. 物质的规定熵
定义:
纯物质B在状态(T,p)的规定熵即为下述过程的熵变
B (0 K ) B (T ,p )
S B (T ,p ) T 0 K S B S T ,p S 0 K
31
2 相变化过程
(1) 等温等压下的可逆相变过程
S Qr H (H可逆相变焓) TT
(2) 等温等压下的不可逆相变过程
例如 1 mol液态水在263 K 、100 kPa 下的凝固过程
32
例2: 求下述等温等压相变过程的熵变,并判断 过程能否自动发生。
(1) H2O(l, 273.15 K, 100 kPa) H2O(s, 273.15 K, 100 kPa)
(2) H2O(l, 263.15 K, 100 kPa) H2O(s, 263.15 K, 100 kPa)
已知在273.15 K时冰的熔化焓为6.02 kJ mol-1, H2O(l)和 H2O(s)的Cp,m分别为75.3和37.6 J.K-1 mol-1
33
解:(1) 可逆相变过程
S Qr HfuH sm2.02JKm-o 1 TTT
QpnC p,mdT
SpT T12 T Qp nC p,mlnT T1 2
同理 SVT T 12 Q TVnC V,mlnT T1 2
Cp,m , CV,m为常数
25
(3) p,V,T都变化的过程
p1,V1,T1
S=?
p2,V2,T2
S1
S2
p1,V,T2
可以设计多种可逆途径到达终态
26
He(g) 1 mol 273K, 100 kPa
S2

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
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