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郑州大学水环院物理化学第二章.ppt

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第二章热力学第二定律
The Second Law of Thermodynamics
热第
力二
学定
律
卡
诺
定
理
熵
熵
变
的
计
算
热第
力三
学定
律
自
由
能
热
力
学
关
系
式
热力
学关
系式
的
应用
 G
的
计
算题
课
1
编辑课件
本章作业：

思考题：
2
编辑课件
§ 热力学第二定律
自然界中的变化过程是否有方向、限度？决定因素是什么？
如：方向限度决定因素
热：高温低温温度均匀温度
电流：高电势低电势电势相同电势
气体：高压低压压力相同压力
钟摆：动能热静止热功转化
结论：自然界中的一切变化都有一定的方向和限度，且是自动发生的，称为“自发过程” Spontaneous process 。
3
一、自发过程的共同特征
1．理想气体自由膨胀: Q=W=U=H=0, V>0
要使系统恢复原状，可经定温压缩过程
( )T U=0, H=0, Q = W，
自发过程的方向性归结为热功转换的方向性。
结果环境失去功W，得到热Q ，环境是否能恢复原状 QW ?
2．热由高温物体传向低温物体:
冷冻机做功后，系统恢复原状，…
3．化学反应: Cd(s)+PbCl2(aq)=CdCl2(aq)+Pb(s)
电解使反应逆向进行，系统恢复原状，…
4
结论：
要使环境也恢复原状，必须热全部变为功而不留下任何永久性变化。
人类经验总结： “功可以自发地全部变为热，但热不可能全部变为功，而不留任何其它变化”。所以自发过程都是不可逆过程。
热力学第二定律的实质是 “一切自发过程都是不可逆过程”
5
二、热力学第二定律的经典表述
Kelvin & Plank：
“不可能造成这样一种机器，这种机器能够循环不断地工作，它仅仅从单一热源吸热变为功而没有任何其它变化。”
“第二类永动机是不可能造成的。”
6
强调说明：
1．所谓第二类永动机，它是符合能量守恒原理的，即从第一定律的角度看，它是存在的，它的不存在是失败教训的总结。
2．关于“不能从单一热源吸热变为功，而没有任何其它变化”这句话必须完整理解，否则就不符合事实。例如理想气体定温膨胀U=0, Q=-W，就是从环境中吸热全部变为功，但体积变大了，留下了其它变化。
3.“第二类永动机不可能造成”可用来判断过程的方向。
热力学第二定律的提出是起源于热功转化的研究，寻找相应的热力学函数需从进一步分析热功转化入手
7
热第
力二
学定
律
卡
诺
定
理
熵
熵
变
的
计
算
热第
力三
学定
律
自
由
能
热
力
学
关
系
式
热力
学关
系式
的
应用
 G
的
计
算题
课
§ 卡诺循环和卡诺定理Carnot Cycle and Carnot Theorem
8
编辑课件
本节课的知识要点
1. Carnot循环
2. Carnot 定理
9
上一节课知识要点
Clausius 的说法：
Kelvin 的说法：
“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。”
“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。”
自发变化的共同特征：不可逆性任何自发变化的逆过程都是不能自动进行的。
热力学第二定律的经典表述
10

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