热力学第二定律PPT课件.ppt
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、?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
6、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
7、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
8、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
9、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 2023/3/3
10、12023/3/312023/3/312023/3/316 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
11、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
12、。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,
13、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
14、,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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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。2023/3/312023/3/312023/3/312023/3/311111
21、1111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
22、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 2023/3/312023/3/312023/3/31
23、2023/3/3112121212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。
24、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
25、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
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