第二章 热力学第二定律ppt课件.ppt

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1、第二章热力学第二定律2.1变化的方向性------不可逆性除可逆过程外，一切变化都有一定的方向和限度，都不会自动逆向进行。热力学的不可逆过程。各类变化过程的不可逆性不是孤立而是彼此相关的，而且都可归结为借助外力使系统复原时在环境留下一定量的功转化为热的后果。有可能在各种不同的热力学过程之间建立起统一的普遍适用的判据，并由此去判断复杂过程方向和限度。自然界的过程具有方向性：高温物体向低温物体传热搅拌使水温上升气体等温向真空膨胀过冷水转化为冰两种气体等温等压混合常温常压下氢氧反应变为水飞机从天上掉下来方向性的来源：1功与热不等价2有限温差传热热力学第一定律并没有给出变化

2、的方向性Thomson曾认为反应热是反应的策动力（不普遍）勒沙特列原理指出了平衡移动的方向性（缺乏定量关系）Clausius、Kelvin从卡诺定理的研究中得到启发2.2热力学第二定律Kelvin说法(1848)：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。”摩擦生热（即功转变为热）的不可逆性“第二类永动机是不可能造成的”。Clausius说法(1850)：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。”热传导的不可逆性二者的说法实际上是等效的（可证明，南大教材p98-99）2.3熵1824年法国工程师Carnot（1796-1832）证明：理想

3、热机中，工作物质（理想气体）在两个热源之间,通过一个有两个恒温可逆过程和两个绝热可逆过程所组成的特殊可逆循环工作时，热转化为功的比率最大.此时Kelvin出生，Clausius两岁卡诺循环（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。卡诺循环（Carnotcycle）1mol理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：过程1：等温可逆膨胀由到所作功如AB曲线下的面积所示。卡诺循环（

4、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：是体系所吸的热，为正值，是体系放出的热，为负值。即ABCD曲线所围面积为热机所作的功。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热机效率(efficiencyoftheengine)任何热机从高温热源吸热,一部分

5、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。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机，即可逆机的效率最大。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；

6、（2）解决了热机效率的极限值问题。卡诺定理：所有工作在同温热源与同温冷源之间的热机，其效率不可能超过可逆机。Carnot循环：第二定律发展中重要里程碑。指明了可逆过程的特殊意义原则上可以根据Clausius或Kelvin说法来判断一个过程的方向，但实际上这样做是很不方便，也太抽象，还不能指出过程的限度。Clausius从分析Carnot过程的热功转化关系入手，最终发现了热力学第二定律中最基本的状态函数——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。任意可逆循环的热温商证明如下：任意可逆循环热温商的加和等于零,即：同理，对MN过程作相同处理，

7、使MXO’YN折线所经过程作的功与MN过程相同。VWYX就构成了一个卡诺循环。或(2)通过P，Q点分别作RS和TU两条可逆绝热膨胀线，(1)在如图所示的任意可逆循环的曲线上取很靠近的PQ过程；(3)在P，Q之间通过O点作等温可逆膨胀线VW，使两个三角形PVO和OWQ的面积相等，这样使PQ过程与PVOWQ过程所作的功相同。7/27/2021任意可逆循环的热温商用相同的方法把任意可逆循环分成许多首尾连接的小卡诺循环，前一个循环的等温可逆膨胀线就是下一个循环的绝热可逆压缩线，如图所示的虚线部分，这样两个过程的功恰好抵消。从而使众多小卡诺循环的总效应与任意可