热力学第二定律PPT课件.ppt
物物 理理 化化 学学化学学院化学学院化学学院化学学院周建敏周建敏周建敏周建敏祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！主讲：主讲：主讲：主讲：联系电话联系电话联系电话联系电话:短号：短号：短号：短号：6977969779办电：办电：办电：办电：29235712923571宅电：宅电：宅电：宅电：29810882981088QQ:530018104QQ:530018104电子邮箱电子邮箱电子邮箱电子邮箱:2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/311 1 1 1祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！热力学第二定律热力学第二定律2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/312 2 2 2祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！第三章第三章-热力学第二定律热力学第二定律3.1 3.1 3.1 3.1 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律3.2 3.2 3.2 3.2 卡诺循环与卡诺定理卡诺循环与卡诺定理卡诺循环与卡诺定理卡诺循环与卡诺定理3.3 3.3 3.3 3.3 熵与克劳修斯不等式熵与克劳修斯不等式熵与克劳修斯不等式熵与克劳修斯不等式 3.4 3.4 3.4 3.4 熵变的计算熵变的计算熵变的计算熵变的计算3.5 3.5 3.5 3.5 热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算3.6 3.6 3.6 3.6 亥姆霍兹函数和吉布斯亥姆霍兹函数和吉布斯亥姆霍兹函数和吉布斯亥姆霍兹函数和吉布斯函数函数函数函数3.7 3.7 3.7 3.7 热力学基本方程及麦克斯韦关系式热力学基本方程及麦克斯韦关系式热力学基本方程及麦克斯韦关系式热力学基本方程及麦克斯韦关系式3.8 3.8 3.8 3.8 热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/313 3 3 3祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！第三章第三章-热力学第二定律热力学第二定律引入：引入：引入：引入：违背违背违背违背热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律的过程是不可能实现的，的过程是不可能实现的，的过程是不可能实现的，的过程是不可能实现的，但遵循第一定律的过程能否就一定能实现吗？但遵循第一定律的过程能否就一定能实现吗？但遵循第一定律的过程能否就一定能实现吗？但遵循第一定律的过程能否就一定能实现吗？第一定律指出变化中的第一定律指出变化中的第一定律指出变化中的第一定律指出变化中的能量效应，能量效应，能量效应，能量效应，无法指出过程的方无法指出过程的方无法指出过程的方无法指出过程的方向性，实际上，世界上一切事物变化都具有方向性向性，实际上，世界上一切事物变化都具有方向性向性，实际上，世界上一切事物变化都具有方向性向性，实际上，世界上一切事物变化都具有方向性的，而且都可用一定的物理量来判断。的，而且都可用一定的物理量来判断。的，而且都可用一定的物理量来判断。的，而且都可用一定的物理量来判断。热力学第二热力学第二热力学第二热力学第二定律定律定律定律将会告诉我们判断事物变化过程进行的方向与将会告诉我们判断事物变化过程进行的方向与将会告诉我们判断事物变化过程进行的方向与将会告诉我们判断事物变化过程进行的方向与限度的方法。限度的方法。限度的方法。限度的方法。热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律和和和和热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律一样，可靠性是毋一样，可靠性是毋一样，可靠性是毋一样，可靠性是毋庸置疑的。但要注意，第二定律认为不可能进行的庸置疑的。但要注意，第二定律认为不可能进行的庸置疑的。但要注意，第二定律认为不可能进行的庸置疑的。但要注意，第二定律认为不可能进行的过程就过程就过程就过程就肯定肯定肯定肯定是不可能的，但它认为是不可能的，但它认为是不可能的，但它认为是不可能的，但它认为可能可能可能可能进行的过程进行的过程进行的过程进行的过程还要受到还要受到还要受到还要受到速度速度速度速度的限制。的限制。的限制。的限制。例书例书例书例书P97.P97.2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/314 4 4 4祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！第三章第三章-热力学第二定律热力学第二定律功可以全部转化为热，而热转化为功则有一定功可以全部转化为热，而热转化为功则有一定功可以全部转化为热，而热转化为功则有一定功可以全部转化为热，而热转化为功则有一定的限制，正是这种热功转换的限制，使得物质的限制，正是这种热功转换的限制，使得物质的限制，正是这种热功转换的限制，使得物质的限制，正是这种热功转换的限制，使得物质状态的变化存在一定的方向和限度。状态的变化存在一定的方向和限度。状态的变化存在一定的方向和限度。状态的变化存在一定的方向和限度。热力学第二定律就是通过热功转换的限制来研热力学第二定律就是通过热功转换的限制来研热力学第二定律就是通过热功转换的限制来研热力学第二定律就是通过热功转换的限制来研究过程进行的方向和限度。究过程进行的方向和限度。究过程进行的方向和限度。究过程进行的方向和限度。在介绍第二定律前，先学习热功转换的理论模在介绍第二定律前，先学习热功转换的理论模在介绍第二定律前，先学习热功转换的理论模在介绍第二定律前，先学习热功转换的理论模型型型型-卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/315 5 5 5祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！1、自发过程、自发过程3.3.1 1热力学第二定律热力学第二定律2、热、功转换、热、功转换3、热力学第二定律热力学第二定律 2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/316 6 6 6祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！自发过程：自发过程：自发过程：自发过程：在自然条件下（不需要人为加入功的条件）在自然条件下（不需要人为加入功的条件）在自然条件下（不需要人为加入功的条件）在自然条件下（不需要人为加入功的条件），能够发，能够发，能够发，能够发 生的过程，称为自发过程。生的过程，称为自发过程。生的过程，称为自发过程。生的过程，称为自发过程。非自发过程：非自发过程：非自发过程：非自发过程：自发过程的逆过程或自发过程的逆过程或自发过程的逆过程或自发过程的逆过程或需要加入功需要加入功需要加入功需要加入功才能进行的过程。才能进行的过程。才能进行的过程。才能进行的过程。3.3.1-1-1 1自发过程自发过程自发过程举例自发过程举例自发过程举例自发过程举例：水自动由高处地向低处流动，直到水位相等水自动由高处地向低处流动，直到水位相等水自动由高处地向低处流动，直到水位相等水自动由高处地向低处流动，直到水位相等 推动力：高度差。达平衡，高度差为零。推动力：高度差。达平衡，高度差为零。推动力：高度差。达平衡，高度差为零。推动力：高度差。达平衡，高度差为零。相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未自动自动自动自动发生过。发生过。发生过。发生过。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/317 7 7 7祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！热自动由高温物体传给低温物体。直到温度相等热自动由高温物体传给低温物体。直到温度相等热自动由高温物体传给低温物体。直到温度相等热自动由高温物体传给低温物体。直到温度相等气体自动从高压向低压扩散气体自动从高压向低压扩散气体自动从高压向低压扩散气体自动从高压向低压扩散 推动力：压力差。推动力：压力差。推动力：压力差。推动力：压力差。达平衡，压差为零。达平衡，压差为零。达平衡，压差为零。达平衡，压差为零。相反过程，从未相反过程，从未相反过程，从未相反过程，从未自动自动自动自动发生过。发生过。发生过。发生过。A AB BT T11T T2 2推动力：温度差。推动力：温度差。推动力：温度差。推动力：温度差。达平衡，温度差为零。达平衡，温度差为零。达平衡，温度差为零。达平衡，温度差为零。相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未自动自动自动自动发生过。发生过。发生过。发生过。A Ap p1 1p p2 2B Bp p11p p2 23.3.1-1-1 1自发过程自发过程2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/318 8 8 8祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！锌与硫酸铜溶液的化学反应锌与硫酸铜溶液的化学反应锌与硫酸铜溶液的化学反应锌与硫酸铜溶液的化学反应将锌粒放在将锌粒放在将锌粒放在将锌粒放在硫酸铜硫酸铜硫酸铜硫酸铜溶液中，溶液中，溶液中，溶液中，ZnZn可自动将可自动将可自动将可自动将CuCu2+2+还原为还原为还原为还原为金属铜金属铜金属铜金属铜，相反的过程，即将，相反的过程，即将，相反的过程，即将，相反的过程，即将CuCu放放放放入硫酸锌，却不能入硫酸锌，却不能入硫酸锌，却不能入硫酸锌，却不能自动自动自动自动将将将将ZnZn2+2+还原为锌。还原为锌。还原为锌。还原为锌。溶质自动从高浓度向低浓度扩散：溶质自动从高浓度向低浓度扩散：溶质自动从高浓度向低浓度扩散：溶质自动从高浓度向低浓度扩散：A AB Bc c1 1c c2 2若若若若A A、B B中盛有种类相同，温度相同，但中盛有种类相同，温度相同，但中盛有种类相同，温度相同，但中盛有种类相同，温度相同，但浓度不同的溶液。浓度不同的溶液。浓度不同的溶液。浓度不同的溶液。推动力：浓度差。达平衡，浓度差为零。推动力：浓度差。达平衡，浓度差为零。推动力：浓度差。达平衡，浓度差为零。推动力：浓度差。达平衡，浓度差为零。相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未相反的过程，从未自动自动自动自动发生过。发生过。发生过。发生过。3.3.1-1-1 1自发过程自发过程2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/319 9 9 9祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.3.1-1-1 1自发过程自发过程天然过程天然过程 生命生命 化学反应之方向性化学反应之方向性 “黄河之水天上来，奔流到海不复回。黄河之水天上来，奔流到海不复回。黄河之水天上来，奔流到海不复回。黄河之水天上来，奔流到海不复回。”（自然）（自然）（自然）（自然）“君不见高堂明镜悲白发，君不见高堂明镜悲白发，君不见高堂明镜悲白发，君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪朝如青丝暮成雪朝如青丝暮成雪朝如青丝暮成雪”（生命）（生命）（生命）（生命）“欲死灰之复燃，艰乎为力欲死灰之复燃，艰乎为力欲死灰之复燃，艰乎为力欲死灰之复燃，艰乎为力 ”（化学反应）（化学反应）（化学反应）（化学反应）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3110101010祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！自发过程的共同特征：自发过程的共同特征：自发过程的共同特征：自发过程的共同特征：自发过程必为不可逆过程。自发过程必为不可逆过程。自发过程必为不可逆过程。自发过程必为不可逆过程。以上过程的逆过程是不能自发进行的，除非借助外功。以上过程的逆过程是不能自发进行的，除非借助外功。以上过程的逆过程是不能自发进行的，除非借助外功。以上过程的逆过程是不能自发进行的，除非借助外功。3.3.1-1-1 1自发过程自发过程 并不是说并不是说并不是说并不是说自发过程的逆过程就不能进行，要自发过程的逆过程就不能进行，要自发过程的逆过程就不能进行，要自发过程的逆过程就不能进行，要使使使使自发过自发过自发过自发过程的逆向进行程的逆向进行程的逆向进行程的逆向进行,必须让环境对系统作功。必须让环境对系统作功。必须让环境对系统作功。必须让环境对系统作功。例如：用例如：用例如：用例如：用抽水机抽水机抽水机抽水机可将水由低处转移到高处可将水由低处转移到高处可将水由低处转移到高处可将水由低处转移到高处;用用用用冷冻机冷冻机冷冻机冷冻机可以将热由低温物体转移到高温物体；可以将热由低温物体转移到高温物体；可以将热由低温物体转移到高温物体；可以将热由低温物体转移到高温物体；用用用用压缩机压缩机压缩机压缩机可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用直流电直流电直流电直流电就可将就可将就可将就可将溶质由低浓度溶液转移到高浓度溶液。溶质由低浓度溶液转移到高浓度溶液。溶质由低浓度溶液转移到高浓度溶液。溶质由低浓度溶液转移到高浓度溶液。用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，通直流电就可实现通直流电就可实现通直流电就可实现通直流电就可实现 Cu+ZnCu+Zn2+2+CuCu2+2+Zn+Zn 的反应。的反应。的反应。的反应。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3111111111祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！（2 2）开开开开尔尔尔尔文文文文说说说说法法法法:不不不不可可可可能能能能从从从从单单单单一一一一热热热热源源源源吸吸吸吸热热热热使使使使之之之之完完完完全全全全转转转转变为功变为功变为功变为功而不产生其它影响而不产生其它影响而不产生其它影响而不产生其它影响。4.热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯说法反映了传热过程的不可逆性。克劳修斯说法反映了传热过程的不可逆性。克劳修斯说法反映了传热过程的不可逆性。克劳修斯说法反映了传热过程的不可逆性。此定律是人类长期生产实践与科学实验的总此定律是人类长期生产实践与科学实验的总此定律是人类长期生产实践与科学实验的总此定律是人类长期生产实践与科学实验的总结。它有很多种说法。主要为：结。它有很多种说法。主要为：结。它有很多种说法。主要为：结。它有很多种说法。主要为：（1 1）克劳修斯说法：）克劳修斯说法：）克劳修斯说法：）克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传到高不可能把热从低温物体传到高不可能把热从低温物体传到高不可能把热从低温物体传到高温物体温物体温物体温物体而不产生其它影响。而不产生其它影响。而不产生其它影响。而不产生其它影响。3.23.2-4.4.热力学第二定律热力学第二定律 2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3112121212祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！热源温度热源温度T第二类永动机：从单一热源吸热而不断做功的机器。第二类永动机：从单一热源吸热而不断做功的机器。第二类永动机：从单一热源吸热而不断做功的机器。第二类永动机：从单一热源吸热而不断做功的机器。例如：有左方图示的气缸由单一热源吸例如：有左方图示的气缸由单一热源吸例如：有左方图示的气缸由单一热源吸例如：有左方图示的气缸由单一热源吸热做功热做功热做功热做功，其结果是其结果是其结果是其结果是气体体积膨胀气体体积膨胀气体体积膨胀气体体积膨胀。若要使。若要使。若要使。若要使气体恢复到原来状态，必然要压缩。这时气体恢复到原来状态，必然要压缩。这时气体恢复到原来状态，必然要压缩。这时气体恢复到原来状态，必然要压缩。这时环境要对系统做功，并得到系统放出的热。环境要对系统做功，并得到系统放出的热。环境要对系统做功，并得到系统放出的热。环境要对系统做功，并得到系统放出的热。因此，不可能将单一热源的热转变为功，因此，不可能将单一热源的热转变为功，因此，不可能将单一热源的热转变为功，因此，不可能将单一热源的热转变为功，又无其它影响。又无其它影响。又无其它影响。又无其它影响。开尔文说法表达了功转变热这一过程的不可逆性。开尔文说法表达了功转变热这一过程的不可逆性。开尔文说法表达了功转变热这一过程的不可逆性。开尔文说法表达了功转变热这一过程的不可逆性。“第二类永动机是不可能造成的第二类永动机是不可能造成的第二类永动机是不可能造成的第二类永动机是不可能造成的”。3.23.2-4.4.热力学第二定律热力学第二定律2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3113131313祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！热力学第二定律的每一种说法都是等效的。违反其中热力学第二定律的每一种说法都是等效的。违反其中热力学第二定律的每一种说法都是等效的。违反其中热力学第二定律的每一种说法都是等效的。违反其中的一种，必然违反其它各种。的一种，必然违反其它各种。的一种，必然违反其它各种。的一种，必然违反其它各种。假设，克劳修斯说法可以违反，假设，克劳修斯说法可以违反，假设，克劳修斯说法可以违反，假设，克劳修斯说法可以违反，即即即即热可从低温物体自动流向高温物体热可从低温物体自动流向高温物体热可从低温物体自动流向高温物体热可从低温物体自动流向高温物体。那么，。那么，。那么，。那么，我们若在高温物体及低温物体之间，放一我们若在高温物体及低温物体之间，放一我们若在高温物体及低温物体之间，放一我们若在高温物体及低温物体之间，放一个热机，让它从高温个热机，让它从高温个热机，让它从高温个热机，让它从高温 T T11吸热吸热吸热吸热 Q Q11，向低温向低温向低温向低温 T T22放热放热放热放热 Q Q22，而作功。而低温物体得到的而作功。而低温物体得到的而作功。而低温物体得到的而作功。而低温物体得到的热热热热 Q Q22又会自动流向高温物体。于是，低又会自动流向高温物体。于是，低又会自动流向高温物体。于是，低又会自动流向高温物体。于是，低温热源复原。温热源复原。温热源复原。温热源复原。等于等于等于等于只从单一高温热源吸热只从单一高温热源吸热只从单一高温热源吸热只从单一高温热源吸热（Q Q11 Q Q2 2）而做功，对于环境等没有其它而做功，对于环境等没有其它而做功，对于环境等没有其它而做功，对于环境等没有其它影响影响影响影响。这就违反了开尔文说法。这就违反了开尔文说法。这就违反了开尔文说法。这就违反了开尔文说法。热机热机热机热机T T1 1Q Q1 1T T2 2Q Q2 2WW3.23.2-4.4.热力学第二定律热力学第二定律2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3114141414祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.1-23.1-2热、功转换热、功转换卡诺卡诺卡诺卡诺（法国人）十八世（法国人）十八世（法国人）十八世（法国人）十八世纪二十年代蒸汽机（热纪二十年代蒸汽机（热纪二十年代蒸汽机（热纪二十年代蒸汽机（热机）的理论发明家。机）的理论发明家。机）的理论发明家。机）的理论发明家。热机热机热机热机:(蒸汽机或内燃机蒸汽机或内燃机蒸汽机或内燃机蒸汽机或内燃机)通过工质从高温热源吸通过工质从高温热源吸通过工质从高温热源吸通过工质从高温热源吸热热热热QQ1 100 、向低温热源、向低温热源、向低温热源、向低温热源放热放热放热放热QQ2 200并对环境作并对环境作并对环境作并对环境作功功功功WW00Q20W0图图3-1热转化为功的限度热转化为功的限度(T1)(T2)2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3115151515祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.1 3.1卡诺循环（卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）热机效率：热机效率：热机效率：热机效率：说明：说明：说明：说明：热机效率量纲为一。热机效率量纲为一。热机效率量纲为一。热机效率量纲为一。由于不能将吸进的热全部转变为功，因此由于不能将吸进的热全部转变为功，因此由于不能将吸进的热全部转变为功，因此由于不能将吸进的热全部转变为功，因此 1 1 1 1。为了提高热机效率，为了提高热机效率，为了提高热机效率，为了提高热机效率，卡诺卡诺卡诺卡诺设想出一个设想出一个设想出一个设想出一个理想可理想可理想可理想可 逆循环逆循环逆循环逆循环-卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环，工作介质为工作介质为工作介质为工作介质为理想气体。理想气体。理想气体。理想气体。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3116161616祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！pVT1T2OQ1A(p1,V1,T1)B(p2,V2,T1)C(p3,V3,T2)D(p4,V4,T2)Q2 3.1 3.1卡诺循环（卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）卡诺热机以理想气体为卡诺热机以理想气体为卡诺热机以理想气体为卡诺热机以理想气体为工质，经过以下四个工质，经过以下四个工质，经过以下四个工质，经过以下四个可可可可逆步骤构成一个循环逆步骤构成一个循环逆步骤构成一个循环逆步骤构成一个循环。A A A A B B B B，恒温可逆膨胀；恒温可逆膨胀；恒温可逆膨胀；恒温可逆膨胀；B B B B C C C C，绝热可逆膨胀；，绝热可逆膨胀；，绝热可逆膨胀；，绝热可逆膨胀；C C C C D D D D，恒温可逆压缩；恒温可逆压缩；恒温可逆压缩；恒温可逆压缩；。D D D D A A A A，绝热可逆压缩绝热可逆压缩绝热可逆压缩绝热可逆压缩可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系推导是：可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系推导是：可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系推导是：可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系推导是：2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3117171717祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！pVT1T2OQ1A(p1,V1,T1)B(p2,V2,T1)C(p3,V3,T2)D(p4,V4,T2)Q2 3.1 3.1卡诺循环（卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）四步过程的四步过程的四步过程的四步过程的W W W W、Q Q Q Q、UUUU计算：计算：计算：计算：（1 1 1 1）AB AB AB AB 恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀 U U U U1 1 1 1=0=0=0=0（2 2 2 2）BC BC BC BC 绝热可逆膨胀绝热可逆膨胀绝热可逆膨胀绝热可逆膨胀 Q=0 Q=0 Q=0 Q=0 U=W=U=W=U=W=U=W=nCnCnCnCV,mV,mV,mV,m（T T T T2 2 2 2-T-T-T-T1 1 1 1）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3118181818祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！pVT1T2OQ1A(p1,V1,T1)B(p2,V2,T1)C(p3,V3,T2)D(p4,V4,T2)Q2 3.1 3.1卡诺循环（卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）（3 3 3 3）C-DC-DC-DC-D恒温可逆压缩恒温可逆压缩恒温可逆压缩恒温可逆压缩 U U U U2 2 2 2=0=0=0=0 （4 4 4 4）D-AD-AD-AD-A绝热可逆压缩绝热可逆压缩绝热可逆压缩绝热可逆压缩 Q=0 Q=0 Q=0 Q=0 U=W=U=W=U=W=U=W=nCnCnCnCV,mV,mV,mV,m（T T T T1 1 1 1-T T T T2 2 2 2）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3119191919祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！U=0因整个过程为一循环：为了计算总功与总热，要得出为了计算总功与总热，要得出V1、V2、V3、V4间的关系。间的关系。过程2,过程4根据绝热可逆过程方程式pVT1T2OQ1A(p1,V1,T1)B(p2,V2,T1)C(p3,V3,T2)D(p4,V4,T2)Q2 3.1 3.1卡诺循环卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3120202020祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！结论结论1：卡诺热机的效率卡诺热机的效率只与两个热源的温度只与两个热源的温度(T1，T2）有关，与工作物质无关）有关，与工作物质无关,且温差愈大，且温差愈大，愈大。愈大。卡卡诺诺循环是可逆循环，因为可逆过程系统对环循环是可逆循环，因为可逆过程系统对环境作最大功，所以，卡诺热机的效率最大。而一切境作最大功，所以，卡诺热机的效率最大。而一切不可逆热机的效率均要小于卡诺热机。不可逆热机的效率均要小于卡诺热机。3.1 3.1卡诺循环卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3121212121祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！由上式变形:结论结论2：卡诺循环的热温商之和为零卡诺循环的热温商之和为零 3.1 3.1卡诺循环卡诺循环（Carnot cycleCarnot cycle）2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3122222222祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.33.3熵、熵增加原理熵、熵增加原理1.1.卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理2.2.卡诺定理的推论卡诺定理的推论卡诺定理的推论卡诺定理的推论3.3.熵熵熵熵4.4.熵的物理意义熵的物理意义熵的物理意义熵的物理意义5.5.克劳修斯不等式克劳修斯不等式克劳修斯不等式克劳修斯不等式6.6.熵判据熵判据熵判据熵判据-熵增加原理熵增加原理熵增加原理熵增加原理2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3123232323祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！卡诺定理：卡诺定理：卡诺定理：卡诺定理：所有工作在两个一定温度热源之间的热所有工作在两个一定温度热源之间的热所有工作在两个一定温度热源之间的热所有工作在两个一定温度热源之间的热机，以可逆热机的效率最大。机，以可逆热机的效率最大。机，以可逆热机的效率最大。机，以可逆热机的效率最大。3.33.3-1.1.卡诺定理卡诺定理因因因因(这里可逆热机指卡诺热机这里可逆热机指卡诺热机这里可逆热机指卡诺热机这里可逆热机指卡诺热机)2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3124242424祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！得到：得到：不可逆循环不可逆循环不可逆循环不可逆循环=可逆循环可逆循环可逆循环可逆循环(3.3.2a)(3.3.2a)对于无限小的循环，有：对于无限小的循环，有：对于无限小的循环，有：对于无限小的循环，有：不可逆循环不可逆循环不可逆循环不可逆循环=可逆循环可逆循环可逆循环可逆循环(3.3.2b(3.3.2b)不可逆不可逆=可可逆逆(3.3.9a)可知，若整个隔离物系进行的过程为不可逆，即是可知，若整个隔离物系进行的过程为不可逆，即是说，系统内进行的过程为不可逆。反之亦然。说，系统内进行的过程为不可逆。反之亦然。3.33.3-6 6、熵判据、熵判据-熵增加原理熵增加原理2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3141414141祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.43.4单纯单纯PVTPVT变化熵变的计算变化熵变的计算1.1.环境熵变的计算环境熵变的计算环境熵变的计算环境熵变的计算2.2.凝聚态物质变温过程熵变的计算凝聚态物质变温过程熵变的计算凝聚态物质变温过程熵变的计算凝聚态物质变温过程熵变的计算3.3.气体恒容变温气体恒容变温气体恒容变温气体恒容变温,恒压变温过程熵变的计算恒压变温过程熵变的计算恒压变温过程熵变的计算恒压变温过程熵变的计算4.4.理想气体理想气体理想气体理想气体PVTPVT变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3142424242祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！pVT变化变化相相变化变化化学变化化学变化理想气体单纯的变化液体或固体的恒压变温过程液体或固体的恒压变温过程可逆相变可逆相变不可逆相变不可逆相变系系统统熵熵变变的的计计算算3.43.4单纯单纯PVTPVT变化熵变的计算变化熵变的计算任意任意2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3143434343祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！熵是状态函数。对于已知始末态的任意过程，熵是状态函数。对于已知始末态的任意过程，可由定义出发计算熵变。可由定义出发计算熵变。因式中因式中是可逆热温商。当过程不可逆时，由克劳是可逆热温商。当过程不可逆时，由克劳修斯不等式，热温熵小于实际熵差。所以应当设计一修斯不等式，热温熵小于实际熵差。所以应当设计一个可逆途径，这个可逆途径的热温商，才等于熵差。个可逆途径，这个可逆途径的热温商，才等于熵差。3.43.4单纯单纯PVTPVT变化熵变的计算变化熵变的计算2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3144444444祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！pVT变化变化相相变化变化化学变化化学变化可逆相变可逆相变不可逆相变不可逆相变系系统统熵熵变变的的计计算算3.43.4单纯单纯PVTPVT变化熵变的计算变化熵变的计算任意任意液体或固体的变温过程液体或固体的变温过程理想气体单纯的变化2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3145454545祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！3.4-3.4-1 1.环境熵变的计算环境熵变的计算对封闭系统，环境通常由不发生相变及化学变化的物环境通常由不发生相变及化学变化的物质组成，质组成，环境看作热源(或热库)，每个热源都足够巨大，即使它与系统有功与热的交换，其温度、压力依然没即使它与系统有功与热的交换，其温度、压力依然没有可觉察的变化。所以，其内部的过程是可逆过程。有可觉察的变化。所以，其内部的过程是可逆过程。所以：所以：此式表明：此式表明：此式表明：此式表明：环境的熵变等于环境吸收的热与环境的热力学温度之比。QSYS为系统为系统实际实际从环境得到的热，从环境得到的热，Qamb为为环境环境实际实际由系统得到的热。两者绝对值相等，符号相反。由系统得到的热。两者绝对值相等，符号相反。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3146464646祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！凝聚态物质凝聚态物质凝聚态物质凝聚态物质变温变温变温变温过程：压力改变不大，近似看作过程：压力改变不大，近似看作过程：压力改变不大，近似看作过程：压力改变不大，近似看作恒压恒压恒压恒压（3.4.2）3.4-3.4-2 2、凝聚态物质变温过程熵变的计算、凝聚态物质变温过程熵变的计算若若Cp,m视为常数，则视为常数，则显然，若显然，若T，则，则S。此式对恒压过程是准确的，对压力改变不大的变温此式对恒压过程是准确的，对压力改变不大的变温过程亦可近似适用。过程亦可近似适用。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3147474747祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！恒容变温恒容变温:若CV,m为常数，则 3.4-3.4-3 3.气体恒容变温气体恒容变温,恒压变温过程熵变的计算恒压变温过程熵变的计算若CP,m视为常数，则恒压变温恒压变温:2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3148484848祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！对对理想气体理想气体W=0的的可逆过程可逆过程 3.4-3.4-4 4.理想气体理想气体PVTPVT变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算这里的理想气体指遵循这里的理想气体指遵循及及Cp,m不随压力及温度变化的气体。不随压力及温度变化的气体。理想气体理想气体PVT变化变化过程熵变的通式过程熵变的通式2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3149494949祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！积分将代入上式得理想理想气体气体PVT变化变化过程过程熵变熵变的通的通式式3.4-3.4-4 4.理想气体理想气体PVTPVT变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3150505050祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！理想气体恒温理想气体恒温:理想气体恒容理想气体恒容:理想气体恒压理想气体恒压:3.4-3.4-4 4.理想气体理想气体PVTPVT变化过程熵变的计算变化过程熵变的计算2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/3151515151祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！祝大家学习愉快，天天进步！1mol理气在理气在T=300K下，
