热力学第二定律(生工).ppt

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1、第一节 自发过程的特点不可逆性自发过程不需外力推动就能自动发生的过程 都有确定的方向和限度,热的传导：高,低温,水的流动：高,低水位,溶质的扩散：高,低浓度,非自发过程自发过程的逆过程，不能自动发生,根本不能发生,可由环境对其提供帮助(做功)来完成,制冷机,水泵,反渗透制纯净水,不可逆过程都是热力学,Kelvin说法功热转化,个别的特殊的过程,一般的任意的过程,普遍适用的判断依据（熵判据）,两种具体的自发过程的方向和不可逆性,Clausius说法热传导,第二节 热力学第二定律,p,V,p1 V1 T2,p2 V2 T2,p3 V3 T1,p4 V4 T1,第三节 熵增加原理与熵判据,卡诺循环与

2、卡诺定理,等温可逆膨胀,绝热可逆膨胀,等温可逆压缩,绝热可逆压缩,Q2,Q1,W,热机效率,提高的极限、有效途径,？,高温热源T2,低温热源T1,热机,Q2,Q1,W,卡诺(可逆)热机理想气体为工作介质,卡诺循环为工作方式,热力学第二定律的基石,对实际热机的指导：,R=100%,需 T1=0K（273.15）,早期的蒸汽机：高温热源T2为373K的水蒸气,大气作为低温热源，300K,(当时实际 5%）,现在的内燃机：高温热源T2为2000K的汽油(柴油、煤油)燃汽,（现在实际最高达47%）,卡诺定理 R,0,等温可逆膨胀,等温可逆压缩,热温商,=可逆(卡诺)循环,不可逆循环,=可逆热机,不可逆

3、(实际)热机,恒外压,绝热可逆,Q2再T1,熵函数的引入,Q2,Q1,图1-3,卡诺可逆循环,任意可逆循环,微分法,或,任意可逆循环过程的热温商之和为零,高温热源T2,低温热源T1,卡诺可逆循环 U总=(Q+W)14=0,任意可逆循环 U总=Q总+W总=0,状态函数特征：周而复始变化零,=,？,引入熵 S,H=QP,使用条件,W0，Q0,不可逆过程与可逆过程比较,T1 P1 V1U1 H1 S1,T2 P2 V2U2 H2 S2,R,IR,SR,SIR,=,=,殊途同归变化等,？,S,=R,IR,判断过程可逆与否,过程量,=,S2 S1,S,0,理想气体等温膨胀 p1 V1 p2 V2,=,过

4、程量,0最小,小,大,最大,0最小,小,大,最大,0最小,小,大,最大,等于,略小于相差小,小于相差大,远小于相差最大,可逆,小,大,最大,P2,P1,V2,V1,P2,P1,V2,V1,P2,P1,V2,V1,P2,P1,V2,V1,一次膨胀,两次膨胀,P,V,多次膨胀,可逆膨胀,S,=可逆(R),不可逆(IR),绝热过程,熵增加原理,S 0,=绝热可逆,绝热不可逆,pe,孤立体系（无热功交换）,熵判据,S孤立 0,=可逆,自发,方向,平衡(限度),P,膨胀,压缩,dp,T1，P1，V1,T2，P2，V2，,自发过程,非自发过程,P2,P1,V2,V1,一次膨胀,一次压缩,热力学不可逆过程,

5、热力学不可逆过程,热力学不可逆过程,热力学不可逆过程,孤立体系,S孤立=S体系+S环境 0,封闭体系,环 境,孤立体系,R,？,？,很大的热源,与体系有限的热交换不会明显改变其T、p,只会发生微小的变化,故环境吸热、放热均可视为可逆的。Q环=Q体,等温可逆,等压可逆（变温）,等容可逆（变温）,T1，p1，V1,T2，p2，V2,S,？,U=0,熵变的计算,习题1-13习题1-18,T1，p1，V1,T2，p2，V2,S,T2，p中，V1,V,P,T,T2，p1，V中,T,绝热过程,1-58,1-59,1-60,1-59,SV,T=,Sp,T=,殊途同归变化等,？,习题1-12,T1 p1 V1

6、323K 53.71KPa 100dm3,S,T2 p2 V2423K 46.89KPa 150dm3,殊途同归变化等,T2 p中 V1423K 70.34KPa 100dm3,T2 p1 V中423K 53.71KPa 131dm3,p2V2=p中V1,热的传导：高 低温,1kgCu块1，80,1kgCu块2，20,Cu块1，50,Cu块2，50,P,0,自发过程,可逆相变(相变热),T,P,查手册 H2O：s l(0,p)Hm=6.02 kJmol-1 l g(100,p)Hm=40.67 kJmol-1,不可逆相变 因相变热等数据从手册中查不到，需和可逆相变 建立联系后再进行计算。,p,

7、263K,过冷水,p,263K,冰,DH DS,(IR),p,273K,水,p,273K,冰,P,R1,P,R3,T,P,R,DS孤立 0,自发过程,R2,例1-6,热力学第三定律 S0K=0 S=kln=kln1=0,微观状态数(热力学概率,混乱度),熵的物理意义：熵是体系混乱度的度量 P31 熵是体系热力学概率的度量 P34,1mol H2O g:188.82 l:69.94 s:39.40,标准熵,HCl(g):186.908 J K-1 mol-1,固态,液态,气态,298K,158.9K,188.1K,习题1-13,S=,习题1-15 所求的反应=2+2,习题1-16 与P18 例1

8、-3雷同,习题1-17 与P19 例1-4相近,习题1-19 与P28 例1-5相近,习题1-20 与P30 例1-6相同，个别数据稍有矛盾。,习题1-18,S=,第二章 小结 1.术语(概念)U、H、S、W、QV、Qp、CV,m、Cp,m,状态函数的特点可逆过程的特点与意义(和不可逆过程对比)自发过程的特点(与非自发过程对比)、卡诺循环、卡诺热机等,2.基本内容 热力学第一、二、三定律 三个状态函数U、H、S（U、H、S）熵增加原理、熵判据,3.基本公式,U=Q+W,H=QP=nCp,mT,U=QV=nCV,mT,V,P,W=0,W=0,真空自由膨胀,恒外压过程,定温可逆过程,定压过程,定容

9、过程,绝热过程,等温可逆,等压可逆,等容可逆,可逆相变,习题1-12,T1 p1 V1323K 53.71KPa 100dm3,S,T2 p2 V2423K 46.89KPa 150dm3,殊途同归变化等,T2 p中 V1423K 70.34KPa 100dm3,T2 p1 V中423K 53.71KPa 131dm3,p2V2=p中V1,p246.89KPa,p153.71KPa,V2150dm3,V1100dm3,T1 323K,T2 423K,习题1-12,323K p1 100dm3,423K p2 150dm3,S,T中，p中，V中,习题1-12,53.71KPa,46.89KPa,？,？,？,？,n=2,CV,m=32.97,Cp,m=32.97+8.314,等温可逆,等压可逆,等容可逆,物理化学辅导答疑时间 每周周五下午 200500 地点 化学系201教师 马亚团,专业班级：？姓 名：？学 号：？?日 期：第?排,课后作业：每人制作 8 张名片点名用,背面可写自己在学习中存在的问题,天下大事必做于细,天下难事必做于易,