第1章 热力学基础ppt课件.ppt

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1、引言热力学第一定律解决了能量的传递和转换的规律，但对过程的方向和限度末给予回答。效率等于100%的热机能造成吗？2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=–571.68kJ逆过程可行吗？在常温常压下能否将石墨转变为金刚石？这些现象都是宏观实际过程的方向和限度的问题，热力学第一定律不能回答。要回答这些问题，需要一个新的、独立的定律，这就是热力学第二定律。1.7宏观过程的不可逆性一切实际宏观过程，总是沿一定的方向进行，在环境条件不变的情况下，都不会自动地逆向进行。举例：①热Q的传递：高温(T1)低温(T2),T1‘＝T2’为止

2、,逆过程不能自发②气体膨胀：高压(p1)低压(p2)，到p2’为止,逆过程不能自发③气体混合：N2＋O2混合气体，均匀为止,逆过程不能自发④化学反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)rHm＝－571.68kJ·mol－1逆过程不能自发⑤高速旋转的飞轮制动速度减小，直到停止逆过程不能自发结论：自然界中发生的一切实际过程(指宏观过程)都有一定方向和限度。不可能自发按原过程逆向进行，即自然界中一切实际发生的过程都是热力学不可逆过程。下面就上述五种情况作分析，讨论不可逆过程的实质。高温(T1)低温(T2)Q1Q2W气体p2高温(T1

3、)①热Q的传递：逆过程低温(T2)达到热平等后，要想系统复原，必须让环境对系统做功（如制冷机），使热从低温物体传到高温物体而重新产生温差，系统复原，同时环境留下功转变为热的变化。②气体膨胀：逆过程低压(p2)高压(p1)R气体p1要想系统复原，必须让环境对系统做功，将气体压缩，使系统压力恢复到p1。，同时向环境传热，系统复原，同时环境留下功转变为热的变化。③气体混合：逆过程混合气体N2＋O2要想系统复原，必须让环境对系统做功，将气体压缩，使系统压力恢复到p1，同时向环境传热，系统复原，同时环境留下功转变为热的变化。④化学反应逆过程2

4、H2O(l)=2H2(g)+O2(g)Q＝571.68kJ要想系统复原，必须电解水，让环境对系统做电功，将水电解成氢气和氧气，同时向环境传热，在系统复原，同时环境留下功转变为热的变化。⑤旋转的飞轮制动逆过程，静止的轮子旋转的飞轮环境对系统做功，系统复原。飞轮制动时系统向环境传热，总结果是环境留下功转变为热的变化。结论：一切宏观过程有以下两个特征：单方向性，逆过程不能自动发生；自发过程发生后，若要使系统复原，必定在环境中留下功变为热的变化，且无法消除。一切宏观过程在不可逆这一点上都是等价的。1.8热力学第二定律1.8.1热力学第

5、二定律的经典表述克劳休斯说法：不可能把热由低温物体转移到高温物体，而不留下其他变化。开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为功，而不留下其他变化。上述两种表述是等价的。①若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。若克劳修斯说法不成立如图所示，当卡诺热机工作一个循环后，上述两种表述是等价的。①若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。若克劳修斯说法不成立如图所示，当卡诺热机工作一个循环后，R高温(T1)低温(T2)Q2Q2WQ1T2热源：Q=0T1热源：Q=Q2–Q1热机做功：W=–Q=Q1–Q2即从单一热源吸热作功，而不留下

6、任何变化，违背开尔文说法。②若开尔文说法不成立，则克劳修斯说法也不成立。应明确：热力学第二定律的两种说法都不是简单地“热不能变为功”，“热不能从低温到高”。关键是环境是否留下不可消除的影响。致冷机：低温物体高温物体，但环境消耗了能量(电能)；理想气体可逆定温膨胀,系统从单一热源吸的热全转变为对环境作的功，但系统的状态发生了变化(膨胀了)。热力学第二定律亦可表述为“第二类永动机不能制成”。热力学第二定律的实质是：断定自然界中一切实际进行的过程都是不可逆的。1.8.2卡诺定理卡诺定理：所有工作在两个一定温度之间的热机，以可逆热机的效率最

7、大。如图所示，工作在T1和T2热源之间的可逆热机R和任意热机I，R高温(T1)低温(T2)Q’1Q2WQ1IWQ’2工作一个循环后，二者作的功均为W，从T1吸的热分别为Q1和Q’1，向T2热源放热Q2=Q1+W和Q’2=Q’1+W若卡诺定理不成立，ηI＞ηR，用热机I的功推动R逆行，则有–W/Q’1＞–W/Q1即Q’1Q1T2热源：（Q’1+W）–（Q1+W）=Q’1–Q10T1热源：Q1–Q’10这违反热力学第二定律。所以ηR≥ηI（8-1）（8-2）由卡诺定理可得到推论：所有工作在两个一定温度之间的可逆热机效率相等。由式(

8、8-2）及(8-3），有可逆热机不可逆热机02211≤+TQTQ（8-4）)()(121可逆热机不可逆热机=<-≤TTTh（8-3）对微小过程：不可逆（8-5）可逆1.9熵1.9.1熵的导出应用热力学第二定律可得：对于任意循环过程有Σ