[理化生]第二定律1.ppt

* 不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化! 第三章 热力学第二定律解决的问题： 预测一定条件下一个过程进行的自发方向和限度。 自发过程： 一定条件下，过程能够进行到的最大程度。 无外力作用条件下（即不消耗外功）能够进行的过程。 限度： §3-1 自发过程的共同特征 一、几个自发过程实例 1. 热传递 高温物体（T2） 低温物体（T1） 直至 但其逆过程不能自动发生。 热能否由低温体系传递至高温体系？ 问 题 2. 气体膨胀 低压气体（p1） 3. 扩散过程 高浓度溶液（c2） 低浓度溶液（c1） 直至混合均匀 但其逆过程不能自发。 直至 但其逆过程不能自动发生。 高压气体（p2） 二、自发过程的共同特征 1. 一切自发过程都是单向进行且有限度； 2. 自发过程原则上具有做功能力，而反自发过程 都需要消耗外界功； 3. 自然界一切自发过程都是不可逆过程。 说 明 ① 自发过程都是不可逆过程，但不可逆 过程不一定都是自发过程 如气体的恒外压膨胀过程是自发过程，而其反过程恒外压压缩则不是自发过程： ② 隔离体系的不可逆过程一定是自发过程 ∵ 隔离体系 ∴ 只要过程能进行，则必然是自发过程 或第二类永动机不能实现。 §3-2 热力学第二定律的经典表述 一、 克劳修斯(Clausius)说法(1850) 不可能把热由低温物体传向高温物体，而不 留下其他变化。 二、开尔文(Kelvin)说法（1851） 不可能从单一热源吸热使之完全变为功，而不 留下其它变化。 三、克劳修斯说法和开尔文说法的一致性 假设克劳修斯说法逆向可行，即从 低温热源 高温热源 设某热机工作于高温热源T2、低温热源T1之间，热机从高温热源吸热Q2、对外作功W ，向低温环境放热Q1，据假设从低温热源 高温热源 图2.1 第二类永动机示意图 ——第二类永动机，违反了开尔文说法 同理，若假设开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立。 循环结果： 热机从高温热源吸收热量 体系对外界作功 体系从高温热源吸收热量并使之完全转化为功，而没有留下任何变化 卡诺循环（Carnot cycle） 1824 年，法国工程师N.L.S.Carnot (1796~1832)设计了一个循环，以理想气体为工作物质，从高温 热源吸收 的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分 的热量放给低温 热源。这种循环称为卡诺循环。 §3-3 卡诺循环及卡诺定理 卡诺可逆热机： 一、卡诺循环 工作物质： n mol 理想气体 热 源：高温热源T1 低温热源T2 图2.2 卡诺循环示意图 1mol 理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步： 所作功如AB曲线下的面积所示: 过程1：等温（T1）可逆膨胀由p1V1到p2V2（A→B）。 所作功如BC曲线下的面积所示: 过程2：绝热可逆膨胀由p2V2T1到p3V3T2（B→C）。 过程3：等温(T2)可逆压缩由 到 环境对体系所作功如DC曲线下的面积所示: 环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示: 过程4：绝热可逆压缩由p4V4T2到p1V1T1（D→A）。 整个循环： ΔU=0 Q=Q1+Q3 根据绝热可逆过程方程式 热机效率(efficiency of the engine ) 任何热机从高温 热源吸热 ,一部分转化为功W,另一部分 传给低温 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 表示。 恒小于1。 热机的 效率： 则卡诺热机效率（也称热机的转换系数）取决于两个热源的温度差而与工作物质无关，且温差?T↗，效率? ↗。 卡诺定理 卡诺定理：所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆机，即可逆机效率最大。 数学式： 可逆循环热温熵之和等于零 不可逆循环热温熵之和小于零 任意机 ＝ 可逆机 卡诺定理推论：所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相等，与热机工作物质无关。 2） 为热力学第二定律熵函数S的提出奠定了基础。 定理的意义： 1） 指出了热机的效率，说明热不能100%转化为功； §3-4 熵函数及熵判据 一、熵的导出 1.卡诺循环 微小卡诺循环 2.任意可逆循环 左图任意可逆循环 任意可逆循环，其热温商的总和为零。 结 论 3.任意可逆过程热温商 图2-6 任意可逆循环 ∴ ∴ 结 论 可逆过程热温商的积分值与始态、终态间的可逆途径无关，而仅由始末状态决定。 二、熵的定义 克劳修斯提出： 若用SA、S