高二物理热学课件《热力学第二定律》(整课PPT)
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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。
热力学第二定律()PPT课件
而可逆热机效率与高温热源及低温热源的关系的推导是：
.
16
（1）恒温可逆膨胀：若理想气体物质的量为 n，在高温T1下 由（p1,V1)可逆膨胀到（p2,V2)，系统从高温热源所吸热及所做 功的关系式为：
A
B
T1 > T2
.
8
即是说，若要使热从低温物体传到高温，环境要付出代 价。例如，用冷冻机，即可将热从低温物体传到高温物体， 但同时，环境必然要对系统做功，而这部分功最后又以热的 形式还给环境。总的结果是环境作出了功，得到了热。
克劳修斯说法，反映了热传导过程的不可逆性。
不可逆
A
B
T1 > T2
.
9
——热力学第二定律的基础。
.
2
2. 自发过程逆向进行必须消耗功
要使自发过程的逆过程能够进行,必须让环境对系统作功。
例如： 用冷冻机就可以将热由低温物体转移到高温物体；
用压缩机就可将气体由低压容器抽出，压入高压容器；
将浓度不同的溶液设计成浓差电池，用直流电就可将溶质由低 浓度溶液转移到高浓度溶液。 用铜与硫酸铜溶液作正极，锌与硫酸锌溶液为负极，通直流电 就可实现 Cu + Zn2+ Cu2+ + Zn 的反应。
.
6
热机效率：指热机对外做的功与从高温热源吸收的热量之比
η W Q1
若热机不向低温热源散热，即吸收的热全部用来对外作功， 此时热机效率可达到100%，实践证明，这样的热机——第二 类永动机是根本不能实现的。
一种从单一热源吸热而不断做功的机器—— 第二类永动机 第二类永动机的不可能性说明热转化为功是有限度的
（2）开尔文（Kelvin, L) 说法：“不可能从单一热源吸取热 量使之完全转变为功而不产生其它影响。”
热力学第二定律ppt课件
定理1证明
因为两热机的热效率和循环净功分别为
A=WA/Q1， B=WB/Q1
WA=Q1-Q2A，WB=Q1-Q2B
(1)假定A>B WA>WB和Q2A<Q2B
(2)令可逆机B逆向工作，于是消耗功WB，从低温热源吸 热Q2B，向高温热源放热Q1 (3)将A、B组成为一个可逆机，其共同结果为：
a). 从单一热源吸热Q2B－Q2A b). 对环境输出净功WA－WB c). 无其他变化
和冷源的温度，即t＝(T1-T2)/T1；
2、温度界限相同，但具有两个以上热源的可 逆循环，其热效率低于卡诺循环；
3、不可逆循环的热效率必定小于同样条件下 的可逆循环。
例5－2 某项专利申请书上提出一种热机，它从167℃的热源
二.概括性卡诺循环
双热源之间的极限回热循环，称为概括性卡诺循环。
热效率：t
1
q2 q1
1 T2Sab T1Sab
1 T2 T1
c
三. 逆向卡诺循环
a-d-c-b-a,逆时针方向进行
制冷系数
c
q2 wnet
q2 q1 q2
T2 T1 T2
供暖系数
' c
q1 wnet
q1 q1 q2
T1 T1 T2
第五章 热力学第二定律
The second law of thermodynamics
本章将讨论: • 1.热力学第二定律的实质及表述； • 2.建立第二定律各种形式的数字表达式； • 3. 给出过程能否实现的数学判据； • 4.重点剖析作为过程不可逆程度的度量：
a.孤立系统的熵增 b.不可逆过程的熵产 c.yong（energy）损失，wu（anergy）增
热力学第二定律PPT课件
WR1 5743J
WI3 44.90103 J
上一页
WR2 5743J
I1+R2: Q=-W=-WI1-WR2 =-5743J (系统放热，得功）
I2+R2: Q=-W=-WI2-WR2 =-3498J (系统放热，得功）
R1+R2: Q=-W=-WR1-WR2 = 0
I3+R2: Q=-W=-WI3-WR2 = 39.16×103J
克劳修斯：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。
T1
反 证
法
Q1
证
Q2
热机 W
两 种
Q2
说 法
T2
等 价
T1
Q1 W
热机
Q1 Q3
制冷机
Q3
T2
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。
3.热力学第二定律(the second law of thermodynamics) 克劳修斯：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. 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。
注意不要把开尔文说法说成：功可以完全转化为热，
而热不能完全转化为功。遗留的其他变化很重要。
理想气体恒温膨胀时，它所吸收的热全部用来做功，
这是否违背开尔文说法?
不违背
它没有否定还有其它变化，此时附带的另一变化是 气体的体积变大，即系统的状态改变了
过程——体系状态随时间发生变化。
平衡态——在没有外部影响的条件下，系统的所 有宏观性质不随时间变化的状态。
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
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宇宙中存在着温度的下限: 宇宙中存在着温度的下限: -273.150C.以这个下限为起点的温 度叫热力学温度, 表示, 度叫热力学温度,用T表示,单位 是开尔文,符号是K 是开尔文,符号是K.
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大气
电冰箱制 冷系统
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贮藏的 食品
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热传导的过程是有方向性的, 这个过程可以向一个方向自发地 进行,但是向相反的方向却不能 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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一个在水平地面上的物体, 一个在水平地面上的物体, 由于克服摩擦力做功, 由于克服摩擦力做功,最后 要停下来.在这个过程中, 要停下来.在这个过程中, 物体的动能转化成为内能, 物体的动能转化成为内能, 使物体和地面的温度升高. 使物体和地面的温度升高.
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1
地球上有大量的海水, 地球上有大量的海水, 它的总质量约为1.4 1.4× 它的总质量约为1.4×1018t, 只要这些海水的温度降低 23J的 0.10C,就能放出5.8 5.8× 0.10C,就能放出5.8×10 热量,这相当于1800 1800万个核 热量,这相当于1800万个核 电站一年的发电量. 电站一年的发电量.
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温 度 温 相 同 . , 最 终 高 升 度
的 铁 块 的 温 度 降 低 两 者 水
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什 么 现 象
?
,
投 入 冷 水 中 , 会 发 生 将 一 块 烧 红 的 铁 块
3
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将烧红的铁块投入水中, 将烧红的铁块投入水中, 铁块温度更高, 结果铁块温度更高 结果铁块温度更高,水的温 度更低. 度更低.
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尽管热力学零度不可能达到,但是 只要温度不是绝对零度就总有可能降 低,因此,热力学第三定律不阻止人 们想尽办法尽可能地接近绝对零度.
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�
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热源
热机 冷凝器
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不可能使热量由低温物体传 递到高温物体, 递到高温物体,而不引起其 它变化. 它变化. 不可能从单一热源吸收热量 并把它全部用来做功, 并把它全部用来做功,而不 引起其它变化. 引起其它变化.
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1, 1,按热传递的方向性来表述 2,是按机械能与内能转化过 , 程的方向来表述. 程的方向来表述.
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电冰箱的 内部温度比外 部温度低, 部温度低,为 什么致冷系统 还能不断地把 箱内热量传给 外界的空气? 外界的空气?
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因为电冰箱消耗 了电能,对制冷系 统做了功,一旦切 断电源,电冰箱就 不能把其内部的热 量传给外界的空气 了.相反,外界的 热量会自发地传给 电冰箱,使其温度 逐渐升高.
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降温 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.
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有人提出这样一种设想,发明 一种热机,用它把物体与地面摩擦 所生的热量都吸收过来并对物体做 功,将内能全部转化为动能,使因 摩擦停止运动的物体在地面上重新 运动起来,而不引起其它变化.
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氢弹爆炸中心 实验室已获得的最高温度 太阳中心 地球中心 乙炔火焰 金的凝固点 锡的凝固点 月球的向阳面 地球上出现的最高温度 地球上出现的最低温度 月球的背阴面 氮的沸点 氦的沸点 星际空间 实验室已获得的最低温度
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108K 6×107K × 1.5×107K × 4×103K × 2.9×103K × 1337.33K 505. 078K 4×102K × 331K 185K 90K 77K 4.2K 2.7K 2.4×10-11K ×
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热机是一种把内能转化为机械能的装置 热机是一种把内能转化为机械能的装置 内能转化为机械能 气缸中的气体得到 燃料燃烧时产生的 热量Q 热量 1 推动活塞做功 推动活塞做功W 排出废气,同时把 排出废气, 热量Q 热量 2散发到大气 中. Q1=W+Q2 热机效率 热机效率η=W/Q1
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热源
热机
冷凝器
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机械能和内能的转化 过程具有方向性. 过程具有方向性.
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打开阀门,容器A中 的气体会自发地向容器 B中膨胀.最后两容器 都充满气体.
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容器B中的气体能否 自发地流入容器A,使B 中成为真空?
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宇宙中存在着温度的下限: 宇宙中存在着温度的下限: -273.150C.以这个下限为起点的温 度叫热力学温度, 表示, 度叫热力学温度,用T表示,单位 是开尔文,符号是K 是开尔文,符号是K.
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热传导的过程是有方向性的, 这个过程可以向一个方向自发地 进行,但是向相反的方向却不能 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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一个在水平地面上的物体, 一个在水平地面上的物体, 由于克服摩擦力做功, 由于克服摩擦力做功,最后 要停下来.在这个过程中, 要停下来.在这个过程中, 物体的动能转化成为内能, 物体的动能转化成为内能, 使物体和地面的温度升高. 使物体和地面的温度升高.
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地球上有大量的海水, 地球上有大量的海水, 它的总质量约为1.4 1.4× 它的总质量约为1.4×1018t, 只要这些海水的温度降低 23J的 0.10C,就能放出5.8 5.8× 0.10C,就能放出5.8×10 热量,这相当于1800 1800万个核 热量,这相当于1800万个核 电站一年的发电量. 电站一年的发电量.
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温 度 温 相 同 . , 最 终 高 升 度
的 铁 块 的 温 度 降 低 两 者 水
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投 入 冷 水 中 , 会 发 生 将 一 块 烧 红 的 铁 块
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尽管热力学零度不可能达到,但是 只要温度不是绝对零度就总有可能降 低,因此,热力学第三定律不阻止人 们想尽办法尽可能地接近绝对零度.
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热源
热机 冷凝器
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不可能使热量由低温物体传 递到高温物体, 递到高温物体,而不引起其 它变化. 它变化. 不可能从单一热源吸收热量 并把它全部用来做功, 并把它全部用来做功,而不 引起其它变化. 引起其它变化.
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1, 1,按热传递的方向性来表述 2,是按机械能与内能转化过 , 程的方向来表述. 程的方向来表述.
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电冰箱的 内部温度比外 部温度低, 部温度低,为 什么致冷系统 还能不断地把 箱内热量传给 外界的空气? 外界的空气?
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因为电冰箱消耗 了电能,对制冷系 统做了功,一旦切 断电源,电冰箱就 不能把其内部的热 量传给外界的空气 了.相反,外界的 热量会自发地传给 电冰箱,使其温度 逐渐升高.
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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.
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有人提出这样一种设想,发明 一种热机,用它把物体与地面摩擦 所生的热量都吸收过来并对物体做 功,将内能全部转化为动能,使因 摩擦停止运动的物体在地面上重新 运动起来,而不引起其它变化.
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氢弹爆炸中心 实验室已获得的最高温度 太阳中心 地球中心 乙炔火焰 金的凝固点 锡的凝固点 月球的向阳面 地球上出现的最高温度 地球上出现的最低温度 月球的背阴面 氮的沸点 氦的沸点 星际空间 实验室已获得的最低温度
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108K 6×107K × 1.5×107K × 4×103K × 2.9×103K × 1337.33K 505. 078K 4×102K × 331K 185K 90K 77K 4.2K 2.7K 2.4×10-11K ×
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热机是一种把内能转化为机械能的装置 热机是一种把内能转化为机械能的装置 内能转化为机械能 气缸中的气体得到 燃料燃烧时产生的 热量Q 热量 1 推动活塞做功 推动活塞做功W 排出废气,同时把 排出废气, 热量Q 热量 2散发到大气 中. Q1=W+Q2 热机效率 热机效率η=W/Q1
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热源
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机械能和内能的转化 过程具有方向性. 过程具有方向性.
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打开阀门,容器A中 的气体会自发地向容器 B中膨胀.最后两容器 都充满气体.
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容器B中的气体能否 自发地流入容器A,使B 中成为真空?