最新热力学件教学讲义ppt.ppt

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1、热力学件问题的提出热力学第一定律是能量守恒定律，但其无法确定过程的方向和平衡点。十九世纪，汤姆荪（Thomsom）和贝塞罗特（Berthlot）企图用△H的符号作为化学反应方向的判据。他们认为自发化学反应的方向总是与放热的方向一致，而吸热反应是不能自动进行的。虽然这能符合一部分反应，但后来人们发现有不少吸热反应也能自动进行，如众所周知的水煤气反应就是一例。这就宣告了结此论的失败。可见，要判断化学反应的方向，必须另外寻找新的判据-----热力学第二定律。第一节自发过程的共同特征1.自发过程在一定条件下，某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发过程。其特征在

2、于过程中无须外力干预即能自动进行。自发过程的共同特征—不可逆性（即一去不复还）任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。例如：(1)水往低处流；（有势差存在）(2)气体向真空膨胀；（有压力差存在）(3)热量从高温物体传入低温物体；（有温差存在）锌片与硫酸铜的置换反应等，（存在着化学势差）它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。（后果不可消除）说明：1.各种说法一定是等效的，若克氏说法不成立，则开氏说法也一定不成立；2.要理解整个说法的完整性，切不可断章取义。如不能误解为热不能转变为功，因为热机就是一种把热转变为功的装置；也不能认为热不能完全转变为功，因为

3、在状态发生变化时，热是可以完全转变为功的（如理想气体恒温膨胀即是一例）3.虽然第二类永动机并不违背能量守恒原则，但它的本本质却与第一类永动机没什么区别。功热转化的不等价性自发过程能量转化成更分散和无序的形式，自发过程方向性的标志第三节卡诺循环（Carnotcycle）1824年，法国工程师N.L.S.Carnot(1796~1832)设计了一个循环，以理想气体为工作物质，从高温热源吸收的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分的热量放给低温热源。这种循环称为卡诺循环。HotreservoirColdreservoir1mol理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：过程1：等温可逆膨胀

4、由到所作功如AB曲线下的面积所示。卡诺循环（Carnotcycle）过程2：绝热可逆膨胀由到所作功如BC曲线下的面积所示。卡诺循环（Carnotcycle）过程3：等温(TC)可逆压缩由到环境对体系所作功如DC曲线下的面积所示卡诺循环（Carnotcycle）过程4：绝热可逆压缩由到环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示。卡诺循环（Carnotcycle）整个循环：是体系从高温热源所吸的热，为正值，是体系放给低温热源的热，为负值。即ABCD曲线所围面积为热机所作的功。-W=Q=Qh+Qc卡诺循环（Carnotcycle）过程2：过程4：相除得根据绝热可逆过程方程式（Page20）-W=Q=Q

5、h+Qc热机效率(EfficiencyoftheEngine)任何热机从高温热源吸热,一部分转化为功W,另一部分传给低温热源.将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用表示。恒小于1。或影响因素？p45结论冷冻系数如果将卡诺机倒开,就变成了致冷机.这时环境对体系做功W,体系从低温热源吸热,而放给高温热源的热量，将所吸的热与所作的功之比值称为冷冻系数，用表示。式中W表示环境对体系所作的功。第四节卡诺定理卡诺定理：所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆热机（卡诺热机），即可逆热机的效率最大。卡诺定理推论：所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热

6、机效率都相等，即与热机的工作物质无关。卡诺定理的意义：（1）引入了一个不等号，原则上解决了化学反应的方向问题;（2）解决了热机效率的极限值问题。卡诺定理证明：实际）1.设有一任意热机I和一可逆热机R，其热机效率分别为i和r，使做功相等，且有I＞ηr，那么去Q2＞Q2’将两热机同置于两个热源之间，让任意热机I从高温热源吸热Q2’，做功W，并放热Q2’-W给低温热源。随后从W驱动可逆热机反转。这样，r从低温热源吸热Q2-W,并将Q2传给高温热源。热机复原。高温热源得热：Q2-Q2’低温失热：Q2-W–(Q2’-W)热从低温热源转移到高温热源，这相当于从单一热源吸热转变为功而没有引起任何其它变

7、化，它与开氏说法相矛盾。2.设有两个可逆热机(实际)工作于同样的两个热源之间,若以R(1)带动R(2)使其逆转,则应有若以R(2)带动R(1)使其逆转,则应有要同时满足上述两式,必然要求卡诺定理将可逆与不可逆循环定量区分---S卡诺定理第五节熵从卡诺循环得到的结论或：即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零。等温可逆膨胀的热温商与等温可逆压缩的热温商大小相等，符号相反。对于任意一个可逆循环，可