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第二章 热力学第二定律
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第二章 热力学第二定律
(The second Law of themodynamics)
热力学第一定律研究的是化学过程的热效应——
能量转换关系
热力学第二定律讨论的是自发过程的方向和限度
关键是寻找“判据”,来判断自发过程的方向和限度
决定热传导的方向和限度的因素是温度
决定气体流动方向和限度的因素是压力
决定电流方向和限度的因素是电势
……
决定化学反应的方向和限度的因素(判据)是什么?; §2.1 自发过程的共同特征
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; §2.3 卡诺循环和卡诺定理
1.卡诺循环
1824年法国工程师Carnot证明了热机效率与工
作介质无关。他设想了一个工作在两个热容很大的热源之间,工作介质为1mol理想气体,由两个等温可逆过程和两个绝热可逆过程所组成的循环过程 —Carnot循环。
卡诺循环的四个可逆步骤如下:
①从始态A(T2P1V1)出发与高温热源T2接触,等温可逆膨胀至状态B(T2P2V2)。此过程吸热,
△U = 0 Q = W ( 0 )
②由B起脱离高温热源T2,经绝热可逆膨胀至C(T1P3V3)与低温热T1接触,此过程降温T2→T1,
Q = 0,W 0 △U 0
;③由C保持与低温热源T1接触,等温可逆压缩至D(T1P4V4)。此过程放热, △U=0 Q=W(0)
④由D起脱离低温热源T1,使绝热可逆压缩回到始态A(T2P1V1)。此过程升温T1→T2,Q=0,压缩 W 0 ∴ △U 0
在P~V图上示为
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; 由卡诺循环得出的结论:
①卡诺热机 ——理想的热机效率只与两个热源
的温度有关。
当T2=T1(只有一个热源)时,η=0,热一点也不能
转化为功(开氏说法)
若T1≠0,则η≠1,循环过程热不能全部转化为功
当T1与T2温差越大,η↑
当T1=0时η=1 理想状况,实际上不存在。
②∵卡诺循环△U=0 ∴W=Q=Q1+Q2
η=W/Q2=Q2+Q1/Q2 适用范围:任意热机
再根据η=T2-T1/T2, 有Q1+Q2/Q2=T2-T1/T2
移项整理后Q1/T1+Q2/T2=0
卡诺热机在T1、T2两个热源间工作时,两个热源的
可逆过程“热温商”之和为0。
; 2.卡诺定理
卡诺定理:工作于同温热源与同温冷源之间的热机,其效率都不能超过卡诺热机。
用热力学第二定律的说法证明卡诺定理:
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可逆热机R:
从热源吸热Q1
作功
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