热力学第二定律ppt优秀课件
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热力学第二定律的微观实质
从微观上看,任何热力学过程都伴随着大量分子的无序运 动的变化。热力学第二定律就是说明大量分子运动的无序程度 变化的规律。 •功转换为热:大量分子的有序运动向无序运动转化, 是可 能的;而相反的过程,是不可能的。
•热传导:大量分子运动的无序性由于热传导而增大了。 •自由膨胀:大量分子向体积大的空间扩散,无序性增大。
不可能从单一热源吸收热量,使它
Q
完全转变为功而不引起其它变化。
热源
A. 从单一热源吸收热量,使它完全转变为功,一定要引起 其它变化。
特例:等温过程从单一热源吸收热量,并完全用来做功, 必导致系统体积变化。
B. 第二类永动机不可能制成。
η 100% 2.克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
讨论: A.没有外界做功,不可能从低温热源将
热量传输到高温热源。 B.第二类永动机不可能制成。
高温热源 Q1 A
Q2 低温热源
热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提 出的。对热机,不可能吸收的热量全部用来对外 作功;对制冷机,若无外界作功,热量不可能从 低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种 表述形式,解决了物理过程进行的方向问题。
S 0
(孤立系, 自然过程)ห้องสมุดไป่ตู้
§8-6 热力学过程的不可逆性
广义定义:假设所考虑的系统由一个状态出发
经过某一过程达到另一状态,如果存在另一个 过程,它能使系统和外界完全复原(即系统回 到原来状态,同时原过程对外界引起的一切影 响)则原来的过程称为可逆过程;反之,如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员,则称为不可逆过程。
各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态 数多,这种宏观态出现的可能性就大。
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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.
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从单一热源吸收热量,全 部用来做功而不引起其它 变化叫做第二类永动机。
热力学第二定律的另一种表述就是: 第二类永动机不可能制成。
P61
对宏观过程方向的说明,都可以作为热二的表述。 例如:气体向真空的自由膨胀不可逆;
一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
P61
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
P61-62
Q2=Q1+W Q1=Q2+W
热机工作时能否将从高温热 库吸收的热量全部用来做功?
不能,从高温热库吸收的热量的一部分 用来做功,剩余的部分释放到低温热库。
Q1
热机工作:
P60
燃料燃烧 冷凝器或大气
漏气热损 散热热损 摩擦热损
燃料产生的 热量Q
输出机械功W
W< Q
P60
P61
对周围环境不产生 热力学方面的影响, 如吸热、放热、做 功、压强变化等。
P59
适用于宏观过程对微观过程不适用
P59
电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度,并且还会 继续降温,直至达到设定的温度。显然这是热量从低 温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学 第二定律呢?
不违背。电冰箱能实现热量从低温物体传给高温 物体,但这不是自发地进行的,需要消耗电能。
制冷机工作时热量是自发地 从低温热库传到高温热库吗? 不是,有外界做功。
3.4 热力学第二定律
P59
可能发生这样的逆过程吗? 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的
可能发生这样的逆过程吗?
功可以自动转化为热 , 但热却不能自动转化为功。 通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
热现象
物体间的传热 气体的膨胀
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.
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。
热力学第二定律ppt课件
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功 ,而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%,总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成,不可以制成的原因:违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ,并可从一种表述导出另一种表述
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二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功,而不产生其他影响
机械能
全部转化(自发)
转化中有其他影响 (要向低温热库放热)
内能(热)
不产生其他影响:对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二:将一块烧红的铁块投入冷水中,会发生什 么现象?
铁块放热,温度降低,水吸热,温度升高;最终两 者温度相同。
问题:一段时间后会不会出现铁块温度升高,水的温度 降低的情况?
不会出现;说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η=1(100%), η=1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律,因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律,经过不断地技术改进,热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器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( BC )
不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功 ,而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%,总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成,不可以制成的原因:违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ,并可从一种表述导出另一种表述
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二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成 功,而不产生其他影响
机械能
全部转化(自发)
转化中有其他影响 (要向低温热库放热)
内能(热)
不产生其他影响:对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二:将一块烧红的铁块投入冷水中,会发生什 么现象?
铁块放热,温度降低,水吸热,温度升高;最终两 者温度相同。
问题:一段时间后会不会出现铁块温度升高,水的温度 降低的情况?
不会出现;说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η=1(100%), η=1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律,因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律,经过不断地技术改进,热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器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( BC )
人教版高中物理《热力学第二定律》优秀PPT课件
四、永动机不可能制成 1、 第二类永动机
概念:从单一热源吸收热量,全部用来做功 而不引起其它变化。(马儿吃草全部消化吸收)
结果:无一例外地归于失败。 原因:违背了跟热现象相联系的宏观自然过 程具有方向性的规律(热力学第二定律)。
2、热力学第二定律的另一种表达:第二类永 动机是不可能造成的。
热力学第二定律得其他描述: 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。
即:热量不可能从低温物体传到高温物体而不产 生其他影响。
在整个自然界中,无论是他有生命的还是
无生命的,所有的宏观自发过程都具有单 向性,都有一定的方向性,都是一种不可 空想会想出很多绝妙的主意,但却办不成任何事情。
不大可能的事也许今天实现,根本不可能的事也许明天会实现。 我成功因为我志在成功!
逆过程。如河水向下流,重物向下落,山 再冷的石头,坐上三年也会暖。
如果我们想要更多的玫瑰花,就必须种植更多的玫瑰树。
岳被侵蚀,人的一生从婴儿到老年到死亡 辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。汽车坐垫布莱克
推销产品要针对顾客的心,不要针对顾客的头。 若不给自己设限,则人生中就没有限制你发挥的藩篱。
等。
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
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)
自发地传给电冰箱,使其温度逐渐升高.
(2)开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。 按此设想就可制成一种无功致冷机,它无需消耗功就能致冷。
通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
B.热量不可能由高温物体传递给低温物体 按此设想就可制成一种无功致冷机,它无需消耗功就能致冷。
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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
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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,另一
部分的热量放给低温热源。
卡诺
这种循环称为卡诺循环。
⑴恒温可逆膨胀
Q 1 W 1V V 1 2pdVnR T 1lnV 2/V 1 ΔU= 0
❖ 热力学第二定律是实践经验的总结,反过来,它指 导生产实践活动
❖ 热力学第二定律关于某过程不能发生的断言是十分 肯定的。而关于某过程可能发生的断言则仅指有发生 的可能性,它不涉及速率问题。
§3.1 自发过程及热力学第二定律
100 oC 0 oC
水从高处
50 oC
低处
N2 O2 N2 + O2
.........
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
1-T2 T1
结论:
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
自发性、非自发性与可逆性、不可逆性的关系: 过程是否自发,取决于体系的始、终态;过程是否可逆取决
于对过程的具体安排。 不论自发还是非自发过程,一切实际过程都是不可逆的。若
施以适当的控制,在理论上都能成为可逆过程。
2.热力学第二定律
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。
热力学第二定律ppt
引言
热力学第一定律即能量转化与守恒原理 违背热力学第一定律的变化与过程一定不能发生 不违背热力学第一定律过程却未必能自动发生: 例:两物体的传热问题 温度不同的两个物体相接触,最后达到平衡态,两物体具有 相同的温度。但其逆过程是不可能的,即具有相同温度的两 个物体,不会自动回到温度不同的状态,尽管该逆过程不违 背热力学第一定律。
——利用热力学第一定律并不能判断一定条件下什么过程 不可能进行,什么过程可能进行,进行的最大限度是什么。 要解决此类过程方向与限度的判断问题,就需要用到自然 界的另一普遍规律——热力学第二定律。 热力学第二定律是随着蒸汽机的发明、应用及热机效率等 理论研究逐步发展、完善并建立起来的。卡诺(Carnot)、 克劳修斯(Clausius)、开尔文(Kelvin)等人在热力学 第二定律的建立过程中做出了重要贡献。
[判断正误] 体系发生自发过程后不能回复到初态! 自发过程是不可逆的,非自发过程是可逆的。
§3.2 卡诺循环
通过工质从高温热源吸热、向 低温热源放热并对环境作功的 循环操作的机器称为热机。 热机对环境所做的功与其从高 温热源吸收的热之比称为热机
效率,其符号为η:
η W Q1 Q2
Q1
Q1
高温热源 低温热源
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
第二类永动机是不可能造成的
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。
卡诺循环第一步
(2)绝热可逆膨胀
Q '= 0W " =U = n C V ,m (T 2-T 1)
卡诺循环第二步
(3)恒温可逆压缩
Q 2 W 2V V 3 4p d V n R T 2lnV 4/V 3
卡诺循环第三步
(4)绝热可逆压缩
Q ''= 0W ''=U = n C V ,m (T 1-T 2)
ΔT = 0 Δh = 0 Δ= 0
…
空调 水泵 化学泵
…
不可逆 不可逆 不可逆
…
功变热 功变热 功变热
…
自发过程的共同特征 (1)过程总是单方向趋于平衡。 (2)过程具有不可逆性。以上过程都可以回到初态,但需 要外界做功。 (3)过程具有对环境做功的能力,如配有合适的装置,则可能从 自发过程中获得可用的功。
–
nRT2ln
V V
D
+ nCV,m(T1-T2)
=
-
nRT1ln
V V
B A
V
-
nRT2ln
V
D C
,
C
由于VA和VD, VB和VC处于同一绝热线上,则
T1VA 1 T1VB 1
TT22VVCD11
V B
VC
VA VD
∴W
=
-
nR(T1-T2)ln
V V
B A
, Q=Q1+Q2 = - W
热机效率:热机对环境所做的功-W与其从高温热源
吸收的热Q1之比,其符号为η:
η W Q1 Q2
Q1 卡Q诺1 循环的热
卡诺循环的热机效率为:
r W Q1Q1Q 1Q2 -nnR (T1R-1T lT 2n)V VA B ln V VA B
T1T2 T1
机效率只取决 于高、低温热
源的温度。
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)
卡诺循环第四步
卡诺循环
以理想气体为工作物质,依次经历恒温可逆膨胀、绝热 可逆膨胀、恒温可逆压缩、绝热可逆压缩最后回到原状 态。
卡诺循环第四步
整个循环过程中,系统对外做了功,吸收了外界的热量,
ΔU = 0, Q = - W,
W = W1+W ′ +W2+W〞
=
-
nRT1ln
V V
B A
+
nCV,m(T)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。
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。即热传导的不可逆性。致冷机消耗电能
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。
化学反应
Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4
HCl + NaOH → NaCl +
H2O ............
1.自发过程
自发过程:在自然条件下能够发生的过程。自然条件就 是外界不能施加影响。
实例 决定方向 限度 还原方 过程性 系统复原环境
因素
法
质
痕迹
热传导 水流
化学流 …
温度 水位 化学位 …