第二课时 热力学第二定律教学教案.ppt

4、吉布斯自由能 吉布斯（Gibbs J.W.,1839~1903）定义了一个状态函数： G称为吉布斯自由能（Gibbs free energy），是状态函数，具有容量性质。 T环 dS - dU ? - ?W= pedV + ?W’ 等温等压条件下 T环 dS - dU - pedV ? ?W’ -d(U + peV -T S ) ? ?W’ -d(H -T S ) ? ?W’ 变温过程的熵变 (1)物质的量一定的等容变温过程 (2)物质的量一定的等压变温过程 Page 52:例2-4。 变温过程的熵变 1. 先等温后等容 2. 先等温后等压 * 3. 先等压后等容 (3)物质的量一定从 到 的过程。这种情况一步无法计算，要分两步计算，有三种分步方法： Page 51:例2-1、2-2和2-3。 六、化学过程的熵变 (1)在标准压力下，298.15 K时，各物质的标准摩尔熵值有表可查。根据化学反应计量方程，可以计算反应进度为1 mol时的熵变值。 (2)在标准压力下，求反应温度T时的熵变值。298.15K时的熵变值从查表得到： 化学过程的熵变 (3)在298.15 K时，求反应压力为p时的熵变。标准压力下的熵变值查表可得 (4)从可逆电池的热效应 或从电动势随温度的变化率求电池反应的熵变 6、用热力学关系式求 根据吉布斯自由能的定义式 对于任何等温变化过程 这种方法运用于任何热力学平衡态体系。 第七节 热力学第二定律的本质-熵函数的物理意义 1、热与功转换的不可逆性 热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子有序运动的结果。 功转变成热是从规则运动转化为不规则运动，混乱度增加，是自发的过程； 而要将无序运动的热转化为有序运动的功就不可能自动发生。 热力学第二定律的本质和熵的统计意义 2、气体混合过程的不可逆性 将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板， N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程，是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。 热力学第二定律的本质和熵的统计意义 3、热传导过程的不可逆性 处于高温时的体系，分布在高能级上的分子数较集中； 而处于低温时的体系，分子较多地集中在低能级上。 当热从高温物体传入低温物体时，两物体各能级上分布的分子数都将改变，总的分子分布的花样数增加，是一个自发过程，而逆过程不可能自动发生。 4、热力学第二定律的本质 热力学第二定律指出，凡是自发的过程都是不可逆的，而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。 从以上几个不可逆过程的例子可以看出，一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而熵函数可以作为体系混乱度的一种量度，这就是热力学第二定律所阐明的不可逆过程的本质。 5、熵是系统混乱度的度量 S气 ? S液 ? S固 S高温 ? S低温 S低压 ? S高压 气体混合后S上升 自发过程都是不可逆过程，是S上升过程。不可逆与热功转换不可逆有关。微观上，功是大量分子有序运动引起的能量传递形式，而热是大量分子混乱运动引起的能量传递形式。自发的方向是有序运动向无序运动进行，直至 S 最大。 6、熵和概率 热力学概率就是实现某种宏观状态的微观状态数，通常用 表示。数学概率是热力学概率与总的微观状态数之比。 熵和概率 例如：有4个小球分装在两个盒子中，总的分装方式应该有16种。因为这是一个组合问题，有如下几种分配方式，其热力学概率是不等的。 分配方式 分配微观状态数 熵和概率 其中，均匀分布的热力学概率 最大，为6。 每一种微态数出现的概率都是1/16，但以（2，2）均匀分布出现的数学概率最大，为6/16，数学概率的数值总是从 。 如果粒子数很多，则以均匀分布的热力学概率将是一个很大的数字。 Boltzmann公式 这与熵的变化方向相同。 另外，热力学概率 和熵 S 都是热力学能U，体积 V 和粒子数 N 的函数，两者之间必定有某种联系，用函数形式可表示为： 宏观状态实际上是大量微观状态的平均，自发变化的方向总是向热力学概率增大的方向进行。 Boltzmann公式 Boltzmann认为这个函数应该有如下的对数形式： 这就是Boltzmann公式，式中 k 是Boltzmann常数。 Boltzmann公式把热力学宏观量 S 和微观量概率 联系在一起，使热力学与统计热力学发生了关系，奠定了统计热力学的基础。 因熵是容量性质，具有加和性，而复杂事件的热力学概率应是各个简单、互不相关事件概率的乘积，所以两者之间应是对数关系。 第八节 热力学第三定律和规定熵 热力学温标 热力学第三定律 规定熵