最新版葛才华精品物化课件 第三章人力学第二定律
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《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件
例一：理想气体自由膨胀
原过程：Q=0，W=0，U=0， H=0
p2，V2
体系从T1，p1，V1 T2， 气体
真空
复原过程：
复原体系，恒温可逆压缩
WR
RT1
ln
V2 ,m V1,m
环境对体系做功
保持U=0，体系给环境放热，而且 QR=-WR
表明当体系复原时，在环境中有W的功变为Q的热，因 此环境能否复原，即理想气体自由膨胀能否成为可逆 过程，取决于热能否全部转化为功，而不引起任何其 他变化。
它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统 恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
•化学反应 Zn+H2SO4等？
如图是一个典型的自发过程
小球
小球能量的变化：
热能
重力势能转变为动能,动能转化为热能，热传递给地面和小球。
最后,小球失去势能, 静止地停留在地面。此过程是不可逆转的。 或逆转的几率几乎为零。
能量转化守恒定律(热力学第一定律)的提出,根本上宣布 第一类永动机是不能造出的,它只说明了能量的守恒与转化及 在转化过程中各种能量之间的相互关系, 但不违背热力学第一 定律的过程是否就能发生呢？（同学们可以举很多实例）
热力学第一定律（热化学）告诉我们，在一定温度 下，化学反应H2和O2变成H2O的过程的能量变化可用U（或H） 来表示。
热力学第二定律(the second law of thermodynamics)将解答：
化学变化及自然界发生的一切过程进行 的方向及其限度
第二定律是决定自然界发展方向的根本 规律
学习思路
基本路线与讨论热力学第一定律相似， 先从人们在大量实验中的经验得出热力学第 二定律，建立几个热力学函数S、G、A，再 用其改变量判断过程的方向与限度。
大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律
05 热力学第二定律在工程技 术中应用
工程技术中不可逆过程分析
不可逆过程定义
在工程技术中，不可逆过 程指的是系统与环境之间 进行的无法自发逆转的能 量转换过程。
不可逆过程分类
根据能量转换形式，不可 逆过程可分为热传导、热 辐射、摩擦生热、化学反 应等多种类型。
不可逆过程影响
不可逆过程导致能量损失 和熵增加，降低系统能量 利用效率，并对环境造成 负面影响。
06 总结与展望
热力学第二定律重要性总结
热力学第二定律是自然界普遍适用的基本规律之一，它揭示了热现象的方向性和不可逆性，为热力学 的研究和应用提供了重要的理论基础。
热力学第二定律在能源转换和利用、环境保护、生态平衡等领域具有广泛的应用价值，对于推动可持续 发展和生态文明建设具有重要意义。
热力学第二定律的研究不仅深入到了热学、力学、电磁学等物理学各个领域，还拓展到了化学、生物学、 医学等其他自然科学领域，为多学科交叉研究提供了重要的桥梁和纽带。
提供了判断热过程进行方向的标准
根据热力学第二定律，可以判断一个热过程是否能够自发进行。如果一个热过程能够自发进行，那么它必须满足热力 学第二定律的要求。
为热力学的发展奠定了基础
热力学第二定律是热力学的基本定律之一，为热力学的发展奠定了基础。它揭示了热现象的本质和规律， 为热力学的研究和应用提供了重要的理论支持。
应用举例
在化学反应中，如果反应物和生成物处于同 一温度，则自发进行的反应总是向着熵增加 的方向进行。例如，氢气和氧气在点燃条件 下可以自发反应生成水，该反应的熵变小于
零，因此是一个自发进行的反应。
熵产生原因及影响因素
要点一
熵产生原因
熵的产生与系统的不可逆性密切相关。在不可逆过程中， 系统内部的微观状态数增加，导致系统的无序程度增加， 即熵增加。
第三章 热力学第二定律ppt课件
对整个大循环有：
骣 琪 琪 桫 δ T Q 1 1+δ T Q 2 2+骣 琪 琪 琪 桫 δ T Q 1 ⅱ 1 ⅱ +δ T Q 2 2+...=0
即：
å
δQr T
=
0
当小卡诺循环无限多时：
òÑ环积分为零，则所积变量应当是某函数
的全微分。该变量的积分值就应当只取决于系统的始、
整个过程系统对外作的功：
-W=- (W1+W2+W3+W4)
=nRT1lnV V21 +nRT2lnV V34 因23过程和41过程为绝热可逆过程，应用理想气 体绝热可逆过程方程式，有：
得：
TV1 K
V4=V3 Þ V3=V2
V1 V2
V4 V1
-W=nR(T1- T2)lnV V2 1
卡诺热机效率： h = -W Q1
W1 nRT1lnVV12
Q1 W1 nR1TlnVV12
❖2 3，绝热可逆膨胀
W 2=D U 2=nC V,m?(T2 T1)
❖3 4，恒温可逆压缩 U2 = 0
W3
=
-
nRT2
lnV4 V3
Q2 =-W3=nRT2lnV V4 3
❖4 1，绝热可逆压缩
W 4=D U 4=nC V,m?(T1 T2)
例：水流：水由高处往低处流； 传热： 热从高温物体传向低温物体； 扩散：NaCl溶液从高浓度向低浓度进行； 反应： Zn放在CuSO4溶液中
自发过程的共同特征
（1）自发过程单向朝着平衡方向发展 （2）自发过程都有做功的本领 （3）自发过程是不可逆过程
.
2.热力学第二定律的经典表述
克劳修斯(R.Clausius) ：热从低温 物体传给高温物体而不产生其它变 化是不可能的.
骣 琪 琪 桫 δ T Q 1 1+δ T Q 2 2+骣 琪 琪 琪 桫 δ T Q 1 ⅱ 1 ⅱ +δ T Q 2 2+...=0
即：
å
δQr T
=
0
当小卡诺循环无限多时：
òÑ环积分为零，则所积变量应当是某函数
的全微分。该变量的积分值就应当只取决于系统的始、
整个过程系统对外作的功：
-W=- (W1+W2+W3+W4)
=nRT1lnV V21 +nRT2lnV V34 因23过程和41过程为绝热可逆过程，应用理想气 体绝热可逆过程方程式，有：
得：
TV1 K
V4=V3 Þ V3=V2
V1 V2
V4 V1
-W=nR(T1- T2)lnV V2 1
卡诺热机效率： h = -W Q1
W1 nRT1lnVV12
Q1 W1 nR1TlnVV12
❖2 3，绝热可逆膨胀
W 2=D U 2=nC V,m?(T2 T1)
❖3 4，恒温可逆压缩 U2 = 0
W3
=
-
nRT2
lnV4 V3
Q2 =-W3=nRT2lnV V4 3
❖4 1，绝热可逆压缩
W 4=D U 4=nC V,m?(T1 T2)
例：水流：水由高处往低处流； 传热： 热从高温物体传向低温物体； 扩散：NaCl溶液从高浓度向低浓度进行； 反应： Zn放在CuSO4溶液中
自发过程的共同特征
（1）自发过程单向朝着平衡方向发展 （2）自发过程都有做功的本领 （3）自发过程是不可逆过程
.
2.热力学第二定律的经典表述
克劳修斯(R.Clausius) ：热从低温 物体传给高温物体而不产生其它变 化是不可能的.
物理化学电子课件第三章热力学第二定律
第二节 卡诺循环和卡诺定理
一.热机效率
热机是一种把内能转化为机械能的装置，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮 机、内燃机、喷气发动机等，它通过工质（传递能量的媒介物质叫工质， 如气缸中的气体）从高温热源吸取热量对环境做功，然后向低温热源放热 而复原。如此循环，热机即可不断将热转化为功。
以内燃机为例，气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量(Q1)，推动 活塞做功(-W)，然后排出废气，同时放出热量(Q2)。我们把在一次循环中 热机对环境所做的功(-W)与它从热源吸收的热量(Q1)的比值称作热机的效 率，即
第一节 自发过程的概念和热力学第二定律的表述
二.自发过程的实质
从上面的讨论可以看出，热是否可以无条件地全部转变成功是自发 过程能否成为热力学可逆过程的前提。经验表明，功完全转变成热是可 以的，可以不引起其他变化，但把热完全转变成功而不引起其他变化是 不可能的。进一步研究发现，自发过程具有共同的特征：自发过程有方 向性和限度，自发过程的逆过程虽然并不违反能量守恒定律，但不能无 条件自发进行，必须借助外力；自发过程是不可逆的，自发过程的逆过 程进行的结果是系统恢复原状
一.自发过程
在自然条件下，不需要外力的帮助，任其自然就能自动发生 的过程称为自发过程。反之，如果是需要外力帮助才能进行的过 程则称为非自发过程。
（1）理想气体向真空膨胀。这是一个自发过程，根据热力学 第一定律，在这个过程中Q=0，W=0，ΔU=0，ΔT=0。要使膨胀了 的理想气体恢复原状，这个压缩过程是不可能自动发生的。要使 环境也复原，也就是使理想气体的真空膨胀成为一个可逆过程， 条件是：让系统放出的热全部变为功而不留下其他影响。
第二节 卡诺循环和卡诺定理
4.绝热可逆压缩（状态4到状态1）
第二节 卡诺循环和卡诺定理
大学物理化学经典课件2-3-热力学第二定律
证明方法二：熵增原理
02
01
03
熵增原理是热力学第二定律的一个重要推论，它指出 封闭系统的熵（混乱度）总是增加的。
在封闭系统中，自然发生的反应总是向着熵增加的方 向进行，因为这样的反应能够释放更多的能量。
熵增原理可以通过统计力学的原理来证明，即微观状 态数总是向着更多的方向发展。
证明方法三：自然过程的不可逆性
VS
详细描述
卡诺循环实验是热力学第二定律的重要验 证实验之一。该实验通过比较不同工作物 质（如空气、水蒸气等）在相同温度下进 行等温加热和等温冷却的能量转换过程， 观察到热机效率总是小于100%，从而证明 了热力学第二定律的正确性。
热量传递方向实验
总结词
通过热量传递方向实验，可以观察到热量自发地从高温向低温传递的现象，符 合热力学第二定律。
另一种表述方式是，自然界的热转化总是向着熵增加的方向进行 ，即热量自发地从高温物体传向低温物体，而不是相反。
证明方法一：卡诺循环
卡诺循环是一个理想化的热机 循环，由法国物理学家尼古拉 斯·卡诺提出。
卡诺循环证明了热机效率不可 能超过可逆卡诺循环的效率， 从而证明了热力学第二定律。
卡诺循环包括四个过程：等温 吸热、绝热膨胀、等温放热和 绝热压缩。
热力学第二定律无法解释宇宙的起源和演化。宇宙从高熵状态演化到低熵状态，需要一个初始的低熵状 态作为前提条件，这个前提条件无法通过热力学第二定律来解释。
非平衡态热力学的发展
非平衡态热力学是研究非平衡态现象的学科，它突 破了平衡态热力学的限制，能够更好地解释生命体 和宇宙中的复杂现象。
非平衡态热力学引入了非线性和非平衡态的概念， 研究了非平衡态系统的演化规律和稳定性，为理解 生命体和宇宙的演化提供了新的理论框架。
物理化学 第三章 热力学第二定律课件
第三章 热力学第二定律§3.1 热力学第二定律1.自发过程自发过程：在自然条件下，能够发生的过程，称为自发过程。
自发过程的逆过程称为非自发过程。
所谓自然条件，是指不需要人为加入功的过程。
例如：(1) 热量从高温物体传入低温物体； (2)气体向真空膨胀；(3)锌片与硫酸铜的置换反应等，。
说明：自发过程是热力学中的不可逆过程，这是自发过程长的共同特征。
自发过程的逆过程都不能自动进行，自发过程的逆向必须消耗功。
2.热、功转换任何热机从高温1T 热源吸热1Q ,一部分转化为功W ,另一部分2Q 传给低温2T 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η表示。
恒小于1。
即1W Q η-=若热机不向低温热源散热，20Q =，此时热机效率可达到100%，将所吸收的热全部变为功，实践证明这样的机器永远造不成。
人们将这种从单一热源吸热全部用来对外作功的机器，称为第二永动机。
2.热力学第二定律克劳修斯（Clausius ）的说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。
”开尔文（Kelvin ）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化。
”克劳修斯和开尔文的说法都是指某一件事情是“不可能”的，即指出某种自发过程的逆过程是不能自动进行的。
克劳修斯的说法是指明热传导的不可逆性，开尔文的说法是指明功转变为热的过程的不可逆性，这两种说法实际上是等效的。
热力学第二定律和热力第一定律一样，是建立在无数事实的基础上，是人类经验的总结。
它不能从其它更普遍的定律推导出来。
§3.2 卡诺循环与卡诺定理1.卡诺循环（Carnot cycle ）卡诺循环：由恒温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、恒温可逆压缩、绝热可逆压缩四个可逆步骤组成的循环过程。
以理想气体为工作物质，从高温T 1热源吸收Q 1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Q 2放给低温T 2热源。
高等热力学课件第三章 热力学第二定律 熵
❖ 约束条件：是指系统内、外那些限制系统行 为的障碍，如内部隔板；自由膨胀的例子。
❖ 四、从可用能的角度出发 ❖ 凡自发过程，其结果必使能量的品质下降，
可用能减少。 ❖ 一切不可逆过程，能量转换的结果都是使可
用能减少，都是沿着使能的品位降低的方向 发展。 ❖ 孤立系统的熵可以增大，在完全可逆的条件 下可以保持不变，但不可能减少。
❖ 经典热力学是建立在连续介质和平衡态概念 ，及系统有确定的边界的基础上，如何对应 的框定这些领域的应用范围
❖ 热寂说根本错误在于把有限的宏观环境中观 察到的现象和总结的规律，推广到实际上在 时间和空间上均为无限的整个宇宙中去；整 个宇宙拥有无穷多种可能出现的状态
❖ 麦克斯韦、玻尔兹曼、普朗克：热二律只有 在一个孤立系统条件下才成立。
❖ 2、开尔文、普朗克：热能与机械能转换角度 ❖ 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有
用功而不产生其它影响。
❖ It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work.
❖ 热二律：时间的方向性，时间之矢，时间的 方向与自发过程的方向一致，与熵增的方向 一致。熵定律。
❖ 四种不可逆因素： ❖ 耗散不可逆（摩擦、非弹性变形、电阻、磁滞
） ❖ 力学不可逆（压差不是无穷小） ❖ 热学不可逆（温差不是无穷小） ❖ 化学不可逆（化学组成在各部分之间不是无穷
小）
3－2 热力学第二定律的几种表述
❖ 科学出版社《从单一室温环境获得能量的实验 与研究》
❖ 无偏二极管
❖ 它将两块金属片，一块为很平的铬层，另一块 为有着很多小坑的铬层，中间夹着半导体的硅 层。它是利用环境温度，将半导体中导电电子 无序的热运动，转化成有序的电流。无偏二极 管与负载电阻构成一个回路，回路中有一开关 ，平时总是断开的，即与环境温度是相通的、 相等的。如果将它关闭，无偏二极管的温度即 行下降。
❖ 四、从可用能的角度出发 ❖ 凡自发过程，其结果必使能量的品质下降，
可用能减少。 ❖ 一切不可逆过程，能量转换的结果都是使可
用能减少，都是沿着使能的品位降低的方向 发展。 ❖ 孤立系统的熵可以增大，在完全可逆的条件 下可以保持不变，但不可能减少。
❖ 经典热力学是建立在连续介质和平衡态概念 ，及系统有确定的边界的基础上，如何对应 的框定这些领域的应用范围
❖ 热寂说根本错误在于把有限的宏观环境中观 察到的现象和总结的规律，推广到实际上在 时间和空间上均为无限的整个宇宙中去；整 个宇宙拥有无穷多种可能出现的状态
❖ 麦克斯韦、玻尔兹曼、普朗克：热二律只有 在一个孤立系统条件下才成立。
❖ 2、开尔文、普朗克：热能与机械能转换角度 ❖ 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有
用功而不产生其它影响。
❖ It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work.
❖ 热二律：时间的方向性，时间之矢，时间的 方向与自发过程的方向一致，与熵增的方向 一致。熵定律。
❖ 四种不可逆因素： ❖ 耗散不可逆（摩擦、非弹性变形、电阻、磁滞
） ❖ 力学不可逆（压差不是无穷小） ❖ 热学不可逆（温差不是无穷小） ❖ 化学不可逆（化学组成在各部分之间不是无穷
小）
3－2 热力学第二定律的几种表述
❖ 科学出版社《从单一室温环境获得能量的实验 与研究》
❖ 无偏二极管
❖ 它将两块金属片，一块为很平的铬层，另一块 为有着很多小坑的铬层，中间夹着半导体的硅 层。它是利用环境温度，将半导体中导电电子 无序的热运动，转化成有序的电流。无偏二极 管与负载电阻构成一个回路，回路中有一开关 ，平时总是断开的，即与环境温度是相通的、 相等的。如果将它关闭，无偏二极管的温度即 行下降。
第三章 热力学第二定律-终ppt课件
∴ 与例1中的末态能量相同 ∴ T2必与例1相同(理气)：T2 = 262.5K
编辑版pppt
26
V20R030R00.041 m 30 1013 10 00 1300
p22R 0.02461 .520 10.46kP a
➢ 求熵变 S = S(He) + S(H2)
He:
200 K S(He) = ? 262.5 K
r
1
ir
2
2δ Q
r
1T
Sr SirS2S 1
δ Q
T
ir
(2) S是容量性质，J.K-1
编辑版pppt
12
二、热力学第二定律的数学表达式
(Mathematical expression of The Second Law)
对两个热源间的不可逆循环：热温商之和小于0
Qc Qh 0 Tc Th
P135-136
一、自发过程的方向和限度
➢ 自发过程(spontaneous process)：在一定环境条件下， (环境)不作非体积功，系统中自动发生的过程。反之， 只有(环境)作非体积功方能发生的过程为非自发过程。 通常所说的“过程方向”即是指自发过程的方向。
举例：① 气流：高压
低压
② 传热：高温
编辑版pppt
28
二、相变过程的熵变 (Entropy change in a phase-transition)
1. 可逆相变 ∵ 一般可逆相变为等T，等p，W’＝0的可逆过程 ∴ Qr = H
S相变 H相变 T相变
其中， H：可逆相变热 T：可逆相变温度
2. 不可逆相变 方法：设计可逆过程
编辑版pppt
101.3 kPa
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V20R030R00.041 m 30 1013 10 00 1300
p22R 0.02461 .520 10.46kP a
➢ 求熵变 S = S(He) + S(H2)
He:
200 K S(He) = ? 262.5 K
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1
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2
2δ Q
r
1T
Sr SirS2S 1
δ Q
T
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(2) S是容量性质，J.K-1
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12
二、热力学第二定律的数学表达式
(Mathematical expression of The Second Law)
对两个热源间的不可逆循环：热温商之和小于0
Qc Qh 0 Tc Th
P135-136
一、自发过程的方向和限度
➢ 自发过程(spontaneous process)：在一定环境条件下， (环境)不作非体积功，系统中自动发生的过程。反之， 只有(环境)作非体积功方能发生的过程为非自发过程。 通常所说的“过程方向”即是指自发过程的方向。
举例：① 气流：高压
低压
② 传热：高温
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二、相变过程的熵变 (Entropy change in a phase-transition)
1. 可逆相变 ∵ 一般可逆相变为等T，等p，W’＝0的可逆过程 ∴ Qr = H
S相变 H相变 T相变
其中， H：可逆相变热 T：可逆相变温度
2. 不可逆相变 方法：设计可逆过程
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101.3 kPa
物理化学 傅献彩 第三章热力学第二定律01-0608-09
热量自发传递
Th
Qc
高温热源
高温热源
Qh
今令一个Carnot机在高温和低 温热源间工作，从高温热源吸收 Qh，对外做功W,向低温热源放 热Qc，根据假设从 低温热源
Qc自发传递
R
Qc
W
高温热源
Tc
低温热源
第二类永动机示意图
热力学第二定律
循环净结果为： 热机从高温热源吸收热量：Qh- Qc 体系对外做功：-W= Qh- Qc Carnot机从单一热源吸取的热 量全部变为功,而留下任何变化变 化。 ----第二类永动机
（1）引入了一个不等号 的方向问题；
I R ，原则上解决了化学反应
（3）为热力学第二定律熵函数S的提出奠定了基础。
§3.4 熵的概念
一、熵的导出 1. Carnot循环热温商
Qc Qh 0 Tc Th
热效应与温度商值的加和等于零。
2.任意的可逆循环热温商
可以分解为无数多个小Carnot循环。 先以P，Q两点为例
任意可逆循环的热温商
p
R V P
O
PVO = OWQ
T
Q W
X
M
O'
S
N
Y
U
MXO’ = O’YN
任意可逆循环
V
任意可逆循环的热温商
证明如下： (1)在任意可逆循环的曲线上取很靠近的PQ过程 (2)通过P，Q点分别作RS和TU两条可逆绝热膨胀线， (3)在P，Q之间通过O点作等温可 p R 逆膨胀线VW V 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。 同理，对MN过程作相同处理， 使MXO’YN折线所经过程作功与MN 过程相同。 VWYX就构成了一个Carnot循环。
Th
Qc
高温热源
高温热源
Qh
今令一个Carnot机在高温和低 温热源间工作，从高温热源吸收 Qh，对外做功W,向低温热源放 热Qc，根据假设从 低温热源
Qc自发传递
R
Qc
W
高温热源
Tc
低温热源
第二类永动机示意图
热力学第二定律
循环净结果为： 热机从高温热源吸收热量：Qh- Qc 体系对外做功：-W= Qh- Qc Carnot机从单一热源吸取的热 量全部变为功,而留下任何变化变 化。 ----第二类永动机
（1）引入了一个不等号 的方向问题；
I R ，原则上解决了化学反应
（3）为热力学第二定律熵函数S的提出奠定了基础。
§3.4 熵的概念
一、熵的导出 1. Carnot循环热温商
Qc Qh 0 Tc Th
热效应与温度商值的加和等于零。
2.任意的可逆循环热温商
可以分解为无数多个小Carnot循环。 先以P，Q两点为例
任意可逆循环的热温商
p
R V P
O
PVO = OWQ
T
Q W
X
M
O'
S
N
Y
U
MXO’ = O’YN
任意可逆循环
V
任意可逆循环的热温商
证明如下： (1)在任意可逆循环的曲线上取很靠近的PQ过程 (2)通过P，Q点分别作RS和TU两条可逆绝热膨胀线， (3)在P，Q之间通过O点作等温可 p R 逆膨胀线VW V 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。 同理，对MN过程作相同处理， 使MXO’YN折线所经过程作功与MN 过程相同。 VWYX就构成了一个Carnot循环。
第三章_热力学第二定律 物理化学课件
2013-8-22
从以上几个不可逆过程的例子可以看出，一 切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而 熵函数可以作为系统混乱度的一种量度，这也就
第三章 热力学第二定律
§7.1电解质溶液的导电机理及法拉第
定律
Physical Chemistry
§7.2 卡诺循环与卡诺定理 §3.3 熵与克劳修斯不等式 §3.4 熵变的计算 §3.5 热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算 §3.6 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 §3.7 热力学基本方程及麦克斯韦关系式 §3.8热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用
开尔文（Kelvin）的说法：“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。” 后来 被奥斯特瓦尔德(Ostward)表述为：“第二类永动机 是不可能造成的”。
第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不 留下任何影响。
2013-8-22
热力学第二定律每一种说法都是等效的，违反一 种必违反另一种。
例如： 开尔文的说法可违反，即能 造成第二类永动机，那么我们可 以让该机从高温热源吸热Q1做功 W，此W再供给一个制冷机使冷 机从低温热源吸热Q2，则它必然 向高温热源放热为Q1 + Q2，
高温热源 Q1 W Q1+ Q2 Q2
低温热源 净余的结果是热从低温流向高温 热源而无其它变化。 显然违反了克劳修斯的说法。
2013-8-22
⑵ 气体混合过程的不可逆性
将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板，
N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程， 是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。
2013-8-22
⑶ 热传导过程的不可逆性
处于高温时的体系，分布在高能级上的分子 数较集中；
从以上几个不可逆过程的例子可以看出，一 切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而 熵函数可以作为系统混乱度的一种量度，这也就
第三章 热力学第二定律
§7.1电解质溶液的导电机理及法拉第
定律
Physical Chemistry
§7.2 卡诺循环与卡诺定理 §3.3 熵与克劳修斯不等式 §3.4 熵变的计算 §3.5 热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算 §3.6 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 §3.7 热力学基本方程及麦克斯韦关系式 §3.8热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用
开尔文（Kelvin）的说法：“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。” 后来 被奥斯特瓦尔德(Ostward)表述为：“第二类永动机 是不可能造成的”。
第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不 留下任何影响。
2013-8-22
热力学第二定律每一种说法都是等效的，违反一 种必违反另一种。
例如： 开尔文的说法可违反，即能 造成第二类永动机，那么我们可 以让该机从高温热源吸热Q1做功 W，此W再供给一个制冷机使冷 机从低温热源吸热Q2，则它必然 向高温热源放热为Q1 + Q2，
高温热源 Q1 W Q1+ Q2 Q2
低温热源 净余的结果是热从低温流向高温 热源而无其它变化。 显然违反了克劳修斯的说法。
2013-8-22
⑵ 气体混合过程的不可逆性
将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板，
N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程， 是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。
2013-8-22
⑶ 热传导过程的不可逆性
处于高温时的体系，分布在高能级上的分子 数较集中；
新教材高中物理第三章热力学定律4热力学第二定律pptx课件新人教版选择性必修第三册
课堂 • 重难探究
－对热力学第二定律的理解
1．对热力学第二定律的理解 在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他 影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在．
(1)“ 自 发 地 ” 过 程 就 是 不 受 外 来 干 扰 进 行 的 自 然 过 程 ， 如 重 物 下 落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干 扰．在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能 自发地从低温物体传向高温物体．要将热量从低温物体传向高温物体，必 须有“外界的影响或外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电 冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处 的．
考法：①对自然过程具有方向性理解的
方向性问题(重点) 3．学会运用热力学第二定律解
考查．②对热力学第二定律的两种表述 实质及其关系的理解和考查．③考查热 力学第二定律在实际中的应用
决一些实际问题(难点)
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课前 • 自主预习
热力学第二定律的克劳修斯表述
1．热传导的方向性 (1)热量可以自发地由__高__温____物体传给__低__温____物体． (2)热量不能自发地由__低__温____物体传给__高__温____物体． (3)热传导过程是有_方__向__性___的． 2．热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自发地从__低__温____物体传到___高__温___物体．即热传导的过 程具有__方__向__性___．
(2)热机的效率：热机输出的_机__械__功__W___与燃料燃烧产生的_热__量__Q___ W
的比值．用公式表示η＝___Q___．
2．开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量，使之__完__全__变__成__功____，而不产生其他 影响．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性) 3．热力学第二定律的理解 (1)一切宏观自然过程的进行都具有__方__向__性____． (2)气体向真空的自由膨胀是__不__可__逆____的． (3)第二类永动机是不可能制成的． (4)机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功而转化成 机械能．
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第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不 留下任何影响。
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2018/4/9
§3.3 熵，熵增原理
•卡诺定理 •卡诺定理的推论 •熵 •熵的物理意义 •克劳修斯不等式 •熵判据--熵增原理
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2018/4/9
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
U 0
W W1 W 2
W Q Q1 Q2
(W ' W '')
即ABCD曲线所围面积为 热机所作的功。
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2018/4/9
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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2018/4/9
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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。
W Q1 Q1 Q2 Q1
V2 V1 )
n R ( T1 T 2 ) ln ( n R T 1 ln ( V2 V1
§3.4 §3.5 §3.6
热力学第二定律 熵增原理
单纯pVT变化熵变的计算 相变过程熵变的计算 热力学第三定律和化学变化过程熵变计算
§3.7 §3.8
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亥姆霍兹函数和吉布斯函数 热力学基本方程
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2018/4/9
第三章
热力学第二定律
§3.9
克拉佩龙方程
§3.10 吉布斯-亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系式
U1= 0 Q1 = –W1= nRT1ln(V2 /V1)
P2 ,V2
T1 绝 热 可 逆 膨 胀
Q ' 0
T1
绝 热 可 逆 压 缩
Q '' 0
W '' U '' n C V , m ( T1 T 2 )
W ' U ' n C V , m ( T 2 T1 )
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2018/4/9
1.自发过程举例
自发变化 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 发变化。 (1)热量从高温物体传入低温物体过程 (2)高压气体向低压气体的扩散过程 (3)溶质自高浓度向低浓度的扩散过程 (4)锌与硫酸铜溶液的化学反应
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2018/4/9
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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 ( T ) 热源吸
1
收 Q 的热量，一部分通过理
1
想热机用来对外做功W，另一 部分 Q 的热量放给低温 ( T ) 热
物理化学
主讲： 华南理工大学 应用化学系 XX
电话：XX
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2018/4/9
物理化学电子教案—第三章
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
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2018/4/9
第三章
热力学第二定律
§3.1 卡诺循环
§3.2 §3.3
2
2
源。这种循环称为卡诺循环。
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
1mol 理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：
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2018/4/9
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
P1 ,V1 恒温可逆膨胀
P4 ,V4
恒温可逆压缩
U2= 0 Q2 = –W2= nRT2ln(V4 /V3)
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P3 ,V3 T2
2018/4/9
T2
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4. 热力学第二定律
克劳修斯（Clausius）的说法：“不可能把热从低 温物体传到高温物体，而不引起其它变化。”
开尔文（Kelvin）的说法：“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。” 后来 被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是 不可能造成的”。
自发变化的共同特征—不可逆性 任何自发变化的逆 过程是不能自动进行的。例如： (1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等， 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统恢复 原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
T1 T 2 T1
1
T2 T1
1
1 Q2 Q1 1 T2 T1
)
Q1 T1
Q2 T2
Q1 T1
Q2 T2
0
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§3.2 热力学第二定律
•自发过程举例
•自发过程逆向进行必须消耗功 •自发过程的共同特征 •热力学第二定律
•根据绝热可逆过程方程式 过程2：
T 2V 4
1
T 1V 1
1
相除得
1
V2 V1
V3 V4
过程4： T
所以
V 2 3
1
T 1V 2
Q
1
Q 2 n R T1 ln
V2 V1
n R T 2 ln ) ln
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2018/4/9
2.自发过程逆向进行必须消耗功
(1)热量从高温物体传入低温物体过程 (2)高压气体向低压气体的扩散过程 (3)溶质自高浓度向低浓度的扩散过程 (4)锌与硫酸铜溶液的化学反应
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3. 自发变化的共同特征
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§3.3 熵，熵增原理
•卡诺定理 •卡诺定理的推论 •熵 •熵的物理意义 •克劳修斯不等式 •熵判据--熵增原理
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
U 0
W W1 W 2
W Q Q1 Q2
(W ' W '')
即ABCD曲线所围面积为 热机所作的功。
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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。
W Q1 Q1 Q2 Q1
V2 V1 )
n R ( T1 T 2 ) ln ( n R T 1 ln ( V2 V1
§3.4 §3.5 §3.6
热力学第二定律 熵增原理
单纯pVT变化熵变的计算 相变过程熵变的计算 热力学第三定律和化学变化过程熵变计算
§3.7 §3.8
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第三章
热力学第二定律
§3.9
克拉佩龙方程
§3.10 吉布斯-亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系式
U1= 0 Q1 = –W1= nRT1ln(V2 /V1)
P2 ,V2
T1 绝 热 可 逆 膨 胀
Q ' 0
T1
绝 热 可 逆 压 缩
Q '' 0
W '' U '' n C V , m ( T1 T 2 )
W ' U ' n C V , m ( T 2 T1 )
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1.自发过程举例
自发变化 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 发变化。 (1)热量从高温物体传入低温物体过程 (2)高压气体向低压气体的扩散过程 (3)溶质自高浓度向低浓度的扩散过程 (4)锌与硫酸铜溶液的化学反应
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
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 ( T ) 热源吸
1
收 Q 的热量，一部分通过理
1
想热机用来对外做功W，另一 部分 Q 的热量放给低温 ( T ) 热
物理化学
主讲： 华南理工大学 应用化学系 XX
电话：XX
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物理化学电子教案—第三章
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
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热力学第二定律
§3.1 卡诺循环
§3.2 §3.3
2
2
源。这种循环称为卡诺循环。
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1mol 理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
P1 ,V1 恒温可逆膨胀
P4 ,V4
恒温可逆压缩
U2= 0 Q2 = –W2= nRT2ln(V4 /V3)
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P3 ,V3 T2
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T2
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4. 热力学第二定律
克劳修斯（Clausius）的说法：“不可能把热从低 温物体传到高温物体，而不引起其它变化。”
开尔文（Kelvin）的说法：“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。” 后来 被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是 不可能造成的”。
自发变化的共同特征—不可逆性 任何自发变化的逆 过程是不能自动进行的。例如： (1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等， 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统恢复 原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
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§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
T1 T 2 T1
1
T2 T1
1
1 Q2 Q1 1 T2 T1
)
Q1 T1
Q2 T2
Q1 T1
Q2 T2
0
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§3.2 热力学第二定律
•自发过程举例
•自发过程逆向进行必须消耗功 •自发过程的共同特征 •热力学第二定律
•根据绝热可逆过程方程式 过程2：
T 2V 4
1
T 1V 1
1
相除得
1
V2 V1
V3 V4
过程4： T
所以
V 2 3
1
T 1V 2
Q
1
Q 2 n R T1 ln
V2 V1
n R T 2 ln ) ln
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2.自发过程逆向进行必须消耗功
(1)热量从高温物体传入低温物体过程 (2)高压气体向低压气体的扩散过程 (3)溶质自高浓度向低浓度的扩散过程 (4)锌与硫酸铜溶液的化学反应
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3. 自发变化的共同特征