[理学]物理化学第二章 热力学第二定律21.ppt

物理化学第二章;热力学第二定律;热力学第一定律回顾;世界处于永恒的运动变化之中： 地壳： 沧海桑田 人生： 生老病死 植物： 花开花落 气象： 风雨雷电 万事万物变化的规律是什么？;化学过程： H2+0.5O2=H2O C+O2=CO2 2Fe+1.5O2=Fe2O3 N2+3H2=2NH3 化学反应进行的方向与限度如何确定？;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;水的流动;;水从长江源头流至东海，损失了势能，放出了热能。 1m3水从沱沱河(5000m)流到崇明岛(0m)： 热量＝势能＝5×107J＝13.9度电能 欲长江黄河的水倒流，除非能将损失的热量收集起来，使之全部转化为功，并还给河水。实际上这是作不到的。 ;热的传递;;热：因温差而传递的能量 地球表面年均温度： ?20℃ 太阳表面温度： ?6000℃ 热量以热辐射的方式从太阳传给地球 热量自发地从高温物体传给低温物体； 不可能自发由低温物体流向高温物体。;风的走向 ;空气的流动形成风 风的流动：从高压处流向低压处 风的流动因磨擦将空气的势能变为热能而散失。 风的逆向流动是不可能的。 ;电的输送 ;电流总是从电压高的一端流向电压低的一端，即电子由电压低的一端流向电压高的一端。 电子的流动须克服电路的电阻，其结果是电能（功）转变为热能（电灯光等）。 电流自动由低压处流向高压处是不可能的，除非可以将散失的热量全部变成功;由以上各例，说明自然界的各种过程会涉及到两种不同形式的能量： 功（work）:粒子整体有序的运动。 热（heat）:粒子混乱无序的运动。 功可以无条件地全变为热； 热不能无条件地全变为功。; 如图是一个典型的自发过程;每次碰撞，小球的部分动能会转变为热能损失掉。 此过程的逆过程的发生几率极其微小。;第二定律的表述;Kelvin: No process is possible in which the sole result is the absorption of heat from a reservoir and its complete conversion into work. 从单一热源取出热使之完全变成功，而不发生其它变化是不可能的。;第二定律的Clausius表述：热量从低温热源自动流向高温热源而不留痕迹是不可能的.;第二定律的Ostward表述： 第二类永动机不可能 第二类永动机： 从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。;对热力学第二定律的必须全面理解： 不能简单归结为： 热不可能全部变成功。 第二定律指出： 热不能全转变为功的条件是： 无痕迹 例如： 考虑理想气体等温膨胀过程。;T;热力学第二定律是从无数的实际过程中抽象出的基本规律。 它指出一切过程都有方向性，自然界的发展是单向、不可逆的。 第二定律是高度可靠的 至今未发现任何一件宏观事件违背了热力学第二定律;第二定律的应用范围不仅仅是化学，其它各类学科：物理、数学、天文、地理、气象、环境、生命科学、医学、农业科学、信息通讯等等均离不开第二定律 自然界的万事万物的各种运动都必须遵循热力学第二定律 热力学第二定律是自然界的根本规律;为了方便地运用第二定律确定化学变化的方向和限度，有必要找到一个合适的热力学函数，使得只要求算此函数值的变化，就可以精确地确定任何过程进行的方向和限度。 能满足以上要求的热力学函数就是： 熵 （entropy） 熵函数可以定量的确定化学反应及其它任何过程进行的方向与限度。; 第二节 熵(entropy) 熵的定义是: ?S=∫?QR/T 体系的熵变等于可逆过程的热温商之和. 熵的定义是定义改变量,而不是熵本身； 用过程量QR对熵函数进行定义； 可以证明,熵是状态函数； 熵可定量地判断一切过程的方向与限度。;第三节 卡诺定理;热机是将热能转变为功的一种机械, 一般的热机均在两个不同温度的热源之间工作, 热机从高温热源吸取热量, 但此热量不可能全部转化为功, 只能一部分转化为功, 而另一部分则成为废热传给了低温热源. 常见的热机如: 汽车, 飞机, 轮船, 火力发电机等等. 卡诺设计了一种理想热机－卡诺热机, 此热机在高温热源和等温热源间工作, 其工作介质是理想气体, 整个循环过程均不存在摩擦力, 卡诺热机的循环由两个绝热过程和两个等温过程组成. 卡诺证明了在相同两热源间工作的热机, 以卡诺热机的效率为最大, 其它任何热机的效率不可能超过卡诺热机.;卡诺热机工作原理;?U=0, Q2=-W1=RT2ln(V2/V1);?U=0, Q2=--W1 =RT2ln(