热力学第二定律ppt课件

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《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件

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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。

热力学第二定律-PPT课件

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答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述正 确的是( ) A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,
而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式 的能,故这两条定律是相互矛盾的 B.内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响, 故两条定律并不矛盾
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体,汽缸壁是 导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触是光滑的, 但不漏气,现将活塞杆缓慢向右移动,这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关,则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A.随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,并最终达 到绝对零度
B.热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C.第二类永动机遵从能量守恒定律,故能制成 D.用活塞压缩汽缸里的空气,对空气做功2.0×105 J,同时空
气向外界放出热量1.5×105 J,则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的,外界温度不变,活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中,有足够时间进行热交换,所 以汽缸内的气体温度也不变,要保持其内能不变,该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量,即全部用来对外做功才能 保证内能不变,但此过程不违反热力学第二定律.此过程由外 力对活塞做功来维持,如果没有外力对活塞做功,此过程不可 能发生.
程都具有
,都是不可逆的.
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”? 答案 不能.

热力学第二定律1ppt课件

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做功,只有以从高温热源吸收一部分热量,再放掉其中一部
分热量给低温热源为代价,否则不能做功.
• 卡诺循环的热温商之和等于零,不可逆循环的热温商之和小
于零。
.
22
§3.3 熵
1.熵的导出
卡诺循环结论
2 pa
Q1 Q2 0 T1 T2 推广到任何可逆循环:
Q Ri0 或 Q 0
i Ti
TR
b 1
• 任意可逆循环的V 分割 红线恒温可逆, 蓝线绝热可逆.
2.卡诺定理
卡诺定理:在高低温两个热源间工作的所有热机中,以可逆 热机的热机效率为最大。(反证法)
.
21
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
1-T2 T1
结论:
QQ
1 2 0 TT
可逆循环取等号
1
2
• 循环过程是可以对外做功的.
• 理想气体卡诺热机的效率η恒小于1, 且只与两个热源的温度 (T1, T2)有关, 温差愈大, η愈高。也就是说,卡诺热机要对外
开尔文:从一个热源吸热,使之完全转化为功,而不产生其 它变化是不可能的。即热功转变的不可逆性。
热:能量传递的低 级形式:无序能
高级能可以无条件地 转变为低级能;低级 能全部转变为高级能 是有条件的——给环
境留下影响。
.
功是能量传递的高 级形式:有序能
10
第二类永动机是不可能造成的
.
11
对热力学第二定律的说明: (1)热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任 何方式加以证明,其正确性只能由实验事实来检验。 (2)热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的, 由一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。

热力学第二定律课件

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●【点拨】 虽然第二类永动机不违反能量守恒定律 ,大量 的事实证明,在任何情况下热机都不可能只有一个热源, 热机要不断地把吸取的热量变为有用的功,就不可避免地 将一部分热量传给低温热源.
若热机从高温热源吸收热量Q1,其中一部分转化为对外所
做的机械功W,另一部分热量Q2随废气排放到冷凝器中.根据
能量转化和守恒定律,应有Q1=W+Q2,热机效率η=
●解析: 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的 转化规律,是能的转化和守恒定律的具体表现,适用于所 有的热学过程,故C正确,D错误;再根据热力学第二定律, 热量不能自发地从低温物体传到高温物体,必须借助于其 他系统做功.A错误,B正确,故选B、C.
●答案: BC
●2.热力学第二定律的一种表述 ●热量不能 自发 地从低温物体传到高温物体.这是热力学
第二定律的克劳修斯表述,阐述的是 传热 的方向性.
●二、热力学第二定律的另一种表述
●1.热机
●(1)热机工作的两个阶段
●第一个阶段是 燃烧燃料 ,把燃料中的 化学能 变成工作物质的
内能.
●第 二个 阶段是 工作 物质对 外
中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液
化,放出热量到箱体外,下列说法正确的是( )
●A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 ●B . 电 冰 箱 的 制 冷 系 统 能 够 不 断 地 把 冰 箱 内 的 热 量 传 到 外 界 ,
是因为其消耗了电能 ●C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 ●D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
地球上海水的总质量达1.4×1021 kg.如果把这些海水的温度 降低1 ℃,放出的热量就达9×1018 kW·h,足够全世界使用4 000年.这个设想不违背能量守恒定律,但是不能实现,所 以叫做第二类永动机.前面学到的,违背能量守恒定律的永 动机,叫做第一类永动机.

第六章-热力学第二定律PPT课件

第六章-热力学第二定律PPT课件

力学中称为方向性问题。
.
2
3,第二类永动机是不可能实现的
4,热力学第二定律与第一定律 相互独立互相补充
二,热力学第二定律的克劳修斯表述
克劳修斯(Rudolf Clausius,1822-1888),德国物理学家,对热力
学理论有杰出的贡献,曾提出热力学第二定律的克劳修斯表述和熵
的概念,并得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论和热力
.
4
3,更简单的克劳修斯表述:热量不可能自发地从低温热源传向高温热源。
通过以上内容,我们来判断以下说法正确与否:
① 功可变成热,热不能变成功。(若 对,举一例说明)
② 功可完全变成热,热不能完全变成功。(若不对,举一反例)
③ 功不能完全变成热,热能完全变成功。
④ 功可完全变成热,但要在外界作用下,热能完全变成功。
2,两种表述将的都是热和功的问题,功不仅限于机械功的广义 功,每一种功热转换过程也可以作为热力学第二定律的表述。
热力学第二定律不是若干典型热学事例的堆积仓库,物理定律也 不能停留在具体的表面描述,真正的热力学定律应当是对物理本 质的描述,不同的表述应当有共同的物理本质,热力学第二定律 应该有更好的叙述。
第六章,热力学第二定律
问题的引入:
1,焦耳理论与卡诺热机理论的矛盾:同属能量转换, 有用功变热可以全部实现,为什么反过来就不能全部 实现,能量转换与守恒定律可没有这样的限制。
2,热机效率始终小于1并不全是技术原因
3,大量与热有关的自然过程仅靠热力学第一定律是不 足以解释的:1)热传递是不可逆的;2)电影散场后, 观众自发离开影院走向各方,却不能自发地重新聚集在 原来的电影院; 3)空气自由膨胀不能自发收缩等。
小结:上述三个不可逆过程,在推理过程中,很容易找到使系统 复原的方法,但这种情况并不多见,并且花费很多精力时间去寻 找系统复原的方法,很不经济。所以,我们必须借助其他方法。

第二章 热力学第二定律 物理化学课件

第二章  热力学第二定律  物理化学课件

设始、终态A,B的熵分别为SA 和 SB,则:
SB SA S
B Qr AT
对微小变化
dS Qr
T
上式习惯上称为熵的定义式,即熵的变化值可 用可逆过程的热温商值来衡量。
2 不可逆过程的热温商
• 如果热机进行不可逆循环,则其效率必 然比卡诺循环效率低,即
Q1 Q2 Q1
T1
T 2
T1

1+
T K
2
dT T
J K-1
24.3J K-1
• 此过程热温商为
Q
T
2
373 K 273 K
32.22
22.18 103
T K
373
3.49
106
• 故开动此致冷机所需之功率为
1780
1 60
W
50%=59.3
W
§2.4 熵的概念
• 1 可逆过程的热温商及熵函数的引出
• 在卡诺循环中,两个热源的热温商之和 等于零,即
Q1 Q2 QB 0
T1 T2
TB
• 那么,任意可逆循环过程的多个热源的 热温商之和是否仍然等于零?
§2.4 熵的概念
S Qr Qr TT
• 对理想气体定温可逆过程来说 Qr=-Wr
nRT ln V2
S
V1 nR ln V2 nR ln p1
T
V1
p2
例题3
• (1) 在300K时,5mol的某理想气体由 10dm3定温可逆膨胀到100dm3。计算此过 程中系统的熵变;
• (2)上述气体在300K时由10dm3向真空膨 胀变为100dm3。试计算此时系统的S。 并与热温商作比较。
Q1

3.4热力学第二定律课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.4热力学第二定律课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册

热力学第二定律的反思
热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系?
①两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述,两种表述都称为热力学 第二定律。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明,都可以作为热力 学第二定律的表述。例如:气体向真空的自由膨胀是不可 逆的。
热力学第二定律的意义 热力学第二定律的意义? 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,是独立于热 力学第一定律的一个重要自然规律。
一个在水平地面上的物体,由于克服摩擦力做功,最后要停 下来。在这个过程中,物体的动能转化成为内能,使物体和 地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象:一个放在水平地面上的物体, 靠降低温度,可以把内能自发地转化为动能,使这个物体运 动起来。
机械能与内能转化的方向性
热机:是一种把内能转化为机械能的装置。 (汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等)
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述: 不可能从单一热库吸取热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
适用条件:只能适用于由很大数目分子构成的系统及有限范围内的宏观过 程,而不适用于少量的微观体系,也不能把它扩展到无限的宇宙。
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述: 不可能从单一热库吸取热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
②要实现相反方向的过程,必须借助外界的帮助,因而产 生其它影响或引起其它变化。
热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。
热力学第二定律
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温 物体传给高温物体”?
不能。“自发地”是指没有第三者的影响,例如空调 、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物 体,但是也产生了影响,即外界做了功。
第二类永动机

热力学第二定律-物理化学-课件-03

热力学第二定律-物理化学-课件-03
7
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(证明见书48页); 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.热二律与热一律同样都是建立在无数客观事实基础 上的客观规律。至今还没有发现违背热二律的事实。
平衡
20
(2)真空膨胀 熵是状态函数,始终态相同,系统熵变也相同, 所以:
S sy 19.14 J K
1
S su
Q pra Tex
0
Sis Ssy Ssu 19.14 J K 1 0
自发过程
21
恒容变温
QV= dU = nCV,mdT
S
4
自发过程的定义
没有环境的影响下而能自动发生的过程 自发过程的特点 有方向的,有限度的,是不可逆过程。 要正确理解自发过程具有单向性(不可逆)的含义: 并不是其不能反向进行,环境对系统做功,可以使 系统复原,如利用水泵引水上山;利用空调机,可 以把热量从低温物体传到高温物体,但是一定在环 境中留下痕迹。 5
22
PVT均变化的ΔS的计算-理想气体
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
恒容 SV
S
( p ',V1 , T2 )
恒温 ST
T2 V2 S SV ST nCV ,m ln nR ln T1 V1
23
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
V2 p2 Qr Wr nRT ln nRT ln V1 p1 Qr V2 p2 S nR ln nR ln T V1 p1

物理化学-热力学第二定律PPT课件

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(2) 当T2-T1=0, (3) 当T1=0K,
=0 =100%
表述
第四节 卡诺定理
1. 所有工作在相同的高温热源与低温热源 之间的任意热机以卡诺热机的效率最大。
2.卡诺热机的效率只与两热源的温度有关, 而与工作物质无关
证明:
卡诺定理的数学表达式 R≧ I
T2–T1 ≧ T2
Q2+Q1 Q2
Q1 + T1
低电位
逆过程称为非自发过程
(2)不可逆性 理想气体真空膨胀 Q=0 W=0 U=0 再等温可逆压缩回去 U=0 Q=W 系统恢复,环境失W,而得Q
环境恢复,Q能否全部转变W
自发过程能否成为可逆过程,可归结为: 在不引起其它任何变化条件下,热能
否全部变为功。 焦尔的热功当量测定实验
一切自发过程都是不可逆过程
二、热力学第二定律数学表达式 ——克劳修斯不等式
U=0
W=Q1+Q2
W=W1+W2+W3+W4
=
nRT2ln(V2/V1)
-∫
T1 T2
CV
dT
+
nRT1ln(V4/V3)
-∫
T2 T1
CV
dT
W= nRT2ln(V2/V1) + nRT1ln(V4/V3) (2) 绝热膨胀
T2V2 -1 = T1V3 -1 (3) 绝热压缩
T2V1 -1 = T1V4 -1
式中, K1, K2, K 3 均为常数, Cp /CV
绝热功的求算
理想气体绝热可逆过程的功
W V2 pdV V1
=
K V2 V V1
dV
=
K
(1

大学物理热力学第二定律(课件)

大学物理热力学第二定律(课件)

P
a Q1
1. a-d 2. d-c 3. c-b
绝热膨胀(降温); 等温膨胀(吸热); 绝热压缩(升温);
b
4. b-a 等温压缩(放热)。
A
外界对系统作功,系统从低温
T1
热源吸热,向高温热源放热。
d
(冰箱的工作原理) c
Q2
T2
O
V
§4-3 循环过程
二、卡诺循环 2.卡诺致冷机 若将卡诺循环逆向进行就构成了卡诺致冷机
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
环过程。 如果循环过程中各个阶段都是准静态过程,这个循
环过程可以用p-V图上一条闭合曲线来表示。
循环过程 △E = 0 , Q净=A净
P
正循环 (顺时针循环 A﹥0)
a
O
V
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
c

A Q1

Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
1 T2 T1
结论:
c
1
T2 T1
(1)完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源。
(2)卡诺热机的效率只与高低温热源的温度有关,与 工作物质无关。提高热机效率的有效途径是提高两个热源 的温度差。
(3)由于Q2≠ 0,T2 ≠ 0,卡诺热机的效率 C﹤1。
Q2 T2 Q1 T1
如果循环过程中不向低温热源
放热,即Q2=0,则效率C=1。实践
证明做不到。
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ?
p
A1>A2
T2 A1
T1
A1=A2
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动力学法
• 如图所示,长12cm的汞柱在玻璃管封住一 定质量气体,若试管在倾角30°的光滑斜 面上自由滑下,则A气体压强为
• 如图所示,质量为M的气缸放在光滑水平地 面上,活塞质量为m,面积为S。封住一部 分气体,不计摩擦,大气压强为P0,若在 活塞上加一水平向左的恒力F,求气缸、活 塞共同加速运动时,缸内气体的压强。 (设温度不变)
第二类永动机
1、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部 用来做功而不引起其他变化的热机。 2、特征:符合能量守恒定律;不可能引起其他 变化 。 3、结论:机械能和内能的转化过程具有方向性, 尽管机械能可以全部转化为内能,但内能却不能 全部转化为机械能,同时不引起其它变化。 第二类永动机没有违背能量守恒定律,但违背了 机械能与内能转化的方向性,所以不可能制成。 说明:机械能和内能的转化过程是具有方向性。
热力学第热量传给低温物体,而 低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高 温物体。 高温 高温 低温 低温
物体 物体
物体
物体
Q
会自动发生
气体自 由膨胀
会自动发生
Q
不会自动发生
气体自 动收缩
不会自动发生
自发地:没有任何外界的影响或帮助。 如何实现反向过程? 借助外界的帮助
练习.横截面积为3 dm2的圆筒内装有0.6 kg的水,太阳光垂直照射了2 min,水温升 高了1℃,设太阳能只有45%到达地面,试 估算出太阳的全部辐射功率为多少?(保 留1位有效数字,设太阳与地球之间平均距 离为1.5×1011m)。
4×1026W
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 把热量Q2散发到大气中。
有:Q1=W+Q2 用η 表示热机做功的效率,则有: η =W/Q1 汽油机的效率20%-30%
燃气轮机的效率40%
理想热机也不可能把吸收的能量100%地转化成机械 能。
热力学第二定律
压强P
• 压强的微观解释 • 影响压强的因素 • 求气体压强的方法
静力学法
• 选取与气体接触的物体(如活塞、气缸、 液柱、小液片等)为研究对象,进行受力 分析,建立平衡方程,求出气体压强。 • 求图中被封闭气体的压强,管中灌有水银, 大气压强P0=76cmHg。
• 如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器 竖直放立, 活塞上表面水平,下表面与 水平面夹角为θ,活塞质量为M,不计活塞 与筒壁的摩擦,大气压强为P0,求筒内气 体压强P。
涉及热现象的物理过程具有方向性。
表述一:不可能使热量由低温物体传递到高温物体, 而不产生其他变化。(按热传导的方向性表述) 表述二:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用 来做功,而不引起其他变化。(按能量转化的方向 性表述) 两种表述是等价的。
意义:揭示了宏观过程的方向性;在物理、化学、 生物等学科中有重要的应用;对我们认识自然和利 用自然有重要的意义。
例、关于“永动机”的下列说法中正确的是
A.不消耗任何能量的燃料,却能源源不断地对外 做功的机器是绝对不能制造成功的,因为它违背了 能的转化和守恒定律 B.只要不违背能的转化和守恒定律的机器总是能 够制造成功的 C.只从单一热源取热,使之完全变为有用功而不 产生其他影响的机器是可以制造出来的
D.热效率是百分之百的热机是绝对不可能制造出 来的 AD
电冰箱
1、热传导的方向性: 请分析:冬天,人从屋内走向屋外,感到寒气逼 人,这个人说:冷空气把“冷”传给了“我” ; 或者说: “ 我把温度传给了冷空气. ” 这些说法 对吗? 请分析:冰箱为什么会把热量从内部传向外部? 热传导是有方向性的,这一过程可以向一个方向自 发地进行,但是向相反方向却不能自发地进行。要 实现相反方向的过程,必须借助外界的帮助,因而 产生其它影响或引起其它变化。
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