文档介绍：第二章热力学第二定律
学****要求:
:热力学第二定律的本质;熵增加原理和克劳修斯不等式在系统变化方向和限度判别中的意义;DS,DA,DG判据及其应用条件,应用判据判断过程的方向和限度。
:物质简单状态变化、相变和化学变化各种过程中的DS,DA,DG以及环境DS的计算;热力学基本方程及其适用条件。
学****内容:
第一节自发过程的特征
第二节热力学第二定律
第三节卡诺循环
第四节卡诺定律
第五节熵
第六节熵变的计算
第七节熵变的物理意义
第八节热力学第三定律及规定熵
第九节亥姆霍兹能、吉布斯能
第十节 DA和DG的计算
第十一节热力学函数的关系
第十二节非平衡态热力学简介
第一节自发过程的特征
自发过程(spontaneous process)
自发过程的特征:
是指任其自然、无需人为施加任何外力,就能自动发生的过程。
自发过程---举例
例(1) 理想气体向真空膨胀
若膨胀后的气体通过恒温压缩过程变回原状,则需要环境对系统做功W。
结论:要使环境也恢复原状,则取决于在不引起其他变化条件下,热能否全部转变为功。
同时系统向环境放热Q,系统回复原状。
p
V
V1
V2
p2V2
p1V1
例(2) 热量从高温物体传入低温物体
T2
自发Q2
T1
冷冻机
W
Q2
Q’=Q2+W
W=Q
T1,T2热源恢复原状,
环境损失W功,得到Q热
W= Q
结论:系统复原,但环境未能复原,所以这种自发过程是不可逆过程。
换言之:若要环境复原,需从单一热源吸热完全转变成功而不引起其他变化,但这是不可能的。
自发过程---举例
例(3) 锌片与硫酸铜的置换反应
逆反应:
电解可以实现系统的复原,但电解过程环境对系统做功W,系统向环境放热Q+Q’,
W= Q+Q’
放热Q
放热Q’
结论:以上三个例子都是自发过程,都是不可逆过程。这种自发过程的方向性最后均归结为热功转换的方向性。
自发过程---举例
第二节热力学第二定律
(Clausius)表述:
“热不会自动地从低温物体传向高温物体”
(Kelvin)表述:
“从单一热源取出热使之完全变为功,而不发生其他变化是不可能的。”
“第二类永动机是不可能制成的”
两种表述内在的一致性,可互证:
如果单一热源可吸热举起重物,重物落在高温物体上使其温度升高,结果使Q从低温高温的传递
第三节卡诺循环
一、卡诺循环(Carnot cycle )
1824 年, (1796~1832)设计了一个循环,以理想气体为工作物质,从高温T2热源吸收Q2的热量,一部分通过理想热机用来对外做功W,另一部分Q1的热量放给低温T1热源。这种循环称为卡诺循环。
高温热源(T2)
低温热源(T1)
W
热机
Q2
Q1
卡诺循环