02热力学第二定律
热力学第二定律的文字表述
热力学第二定律也可以应用于污染物控制。例如，通过控制工业废气和废水的排放，减少对环境的污 染，从而保护生态平衡和人类健康。这符合热力学第二定律的要求，即自然界中的过程总是向着熵增 加的方向进行，因此我们需要采取措施来减少熵的产生和增加熵的利用。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
污染，实现可持续发展。
04
热力学第二定律是热力学的核心原理之一，它为能源 利用、环境保护和可持续发展等领域提供了重要的理 论指导。
04 热力学第二定律的应用
热力学第二定律在工程中的应用
热机效率
热力学第二定律指出，热机不可能达到100%的效率，这是由于热量自发地从高温向低 温传递的特性所决定的。因此，工程师在设计热机时需要考虑如何提高效率，以减少能
热力学第二定律揭示了自然界的不可逆过程和方向性， 即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向发展。
输标02入题
这意味着，我们无法通过简单地将热量从高温物体传 递到低温物体来创造一台能够无限次使用的永动机。
01
03
通过对热力学第二定律的理解和应用，我们可以更好 地认识自然界的规律，提高能源利用效率，减少环境
它适用于宏观和微观尺度，从分子、原子到宇宙尺度，适用于气体、液体、固体和 等离子体等各种物质形态。
热力学第二定律是自然界的普适规律之一，无论是在地球上还是在宇宙其他地方都 适用。
02 热力学第二定律的表述方 式
热传导方向
热量总是自发地从高温物体传递到低 温物体，而不是相反方向。
在封闭系统中，如果没有外部能量输 入，热量最终会达到平衡状态，各部 分温度相等。
热力学第二定律的文字表述
contents
目录
• 热力学第二定律的定义 • 热力学第二定律的表述方式 • 热力学第二定律的物理意义 • 热力学第二定律的应用01 热力学第二定律的定义
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律一、自发反应—不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响,也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。
二、热力学第二定律1.热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin：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2.文字表述：第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热,并将所吸收的热完全转化为功)功热【功完全转化为热，热不完全转化为功】(无条件，无痕迹，不引起环境的改变）可逆性:系统和环境同时复原3.自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征:(1）自发过程单方面趋于平衡；(2）均不可逆性；(3)对环境做功,可从自发过程获得可用功三、卡诺定理(在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）（不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同,且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质：周而复始数值还原从物理学概念,对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2。
热温商:热量与温度的商3。
熵：热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量（数值上相等）4. 熵的性质:(1)熵是状态函数，是体系自身的性质是系统的状态函数，是容量性质（2)熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变(4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的,则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中,若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大,所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。
热力学第二第三定律和化学平衡7.2热力学第二定律
热机效率的限制
自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统总是倾向于向更加混乱无序的状态发展。这是热力学第二定律的一个重要推论。
自发过程不依赖于外部干预，只会向着更加稳定、平衡的状态发展，而不是相反。
自发过程的方向
自发过程的特点
熵增加原理
热力学第三定律的关联
绝对零度不能达到
根据热力学第三定律，绝对零度（0K）是不能达到的。这是因为在接近绝对零度时，物质的某些物理性质会发生突变，导致无法达到绝对零度。
在复杂系统中的应用研究中，研究者需要深入了解系统的组成和相互作用机制，并建立数学模型来描述系统的行为。此外，还需要解决许多技术挑战，如提高模型的预测精度、理解系统的非线性行为等。
热力学第二定律在复杂系统中的应用研究
THANKS
感谢您的观看。
当反应达到平衡时，正反应和逆反应速率相等，系统达到动态平衡状态，此时系统的总熵最大，即系统的混乱度最大。
在化学平衡中的应用
02
CHAPTER
热力学第二定律的表述
熵增原理
熵增原理是热力学第二定律的核心内容，它指出在一个封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更加混乱无序的状态发展。
节能减排
在环境保护中的应用
在工业生产中，热力学第二定律的应用可以帮助我们优化工艺流程，提高产品质量和产量。例如，通过合理安排生产流程、采用先进的生产设备等措施可以减少能量的损失，提高生产效率。
根据热力学第二定律，我们可以将生产过程中产生的废弃物进行回收利用，减少对环境的污染。例如，利用工业废水进行灌溉、利用废弃的金属进行再加工等。
在封闭系统中，自发反应总是向着能够释放更多能量的方向进行，这是因为释放能量能够使体系的总能量降低，从而使得体系更加稳定。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的重要定律之一，它描述了热量在自然界中的传递方向。
热力学第二定律对于理解能量转化和宇宙演化具有重要意义。
在本文中，我们将探讨热力学第二定律的基本原理和应用。
1. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以从不同角度进行表述，但最为常见的是开尔文-普朗克表述和卡诺定理。
1.1 开尔文-普朗克表述开尔文-普朗克表述中，热力学第二定律可以简要地概括为“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
”这意味着热量的传递是不可逆的，自然趋向于热量从高温物体传递到低温物体。
1.2 卡诺定理卡诺定理是另一种常见的表述方式，它描述了理想热机的最高效率。
根据卡诺定理，任何一台工作在两个温度之间的热机的效率都不会超过理论上的最高效率，这个最高效率由热源温度和冷源温度决定。
2. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在许多领域都有重要的应用，下面我们将介绍几个常见的应用领域。
2.1 工程领域在工程领域中，热力学第二定律被广泛运用于热能转化系统的设计和优化。
例如，在汽车发动机中，通过合理设计燃烧过程、热能回收和废热利用等手段，可以提高发动机的效率，减少能量的浪费。
2.2 环境科学热力学第二定律的应用也涉及到环境科学领域。
例如，根据热力学第二定律的原理，热力学模型可以用于预测和评估环境中的能量传递和转化过程。
这有助于我们更好地理解和管理环境资源。
2.3 生命科学热力学第二定律在生命科学中也有广泛的应用。
生物体内的能量转化和代谢过程都受到热力学定律的限制。
通过热力学模型的建立和分析，可以深入研究生物体内能量转化的机理与调控。
3. 热力学第二定律的发展与挑战热力学第二定律的发展经历了许多里程碑，但仍然存在一些挑战和未解之谜。
3.1 热力学第二定律与时间箭头热力学第二定律与时间箭头之间的关系是一个待解之谜。
根据热力学第二定律，熵在一个封闭系统中总是增加的，即系统总是趋向于混乱状态。
然而，宇宙的演化似乎表明时间具有一个明确的方向，即宇宙从低熵状态（有序状态）向高熵状态（混乱状态）演化。
物理化学02章_热力学第二定律02
S体系
Qr Qsurr Qsys Q Δ S环 = = = Tsurr Tsurr Tsurr T
Δ S 总 =Δ S 体 + Δ S 环 ≥ 0
上一讲回顾
(1) 熵变的计算： 可逆过程，直接计算过程的热温商 不可逆过程，设计可逆过程计算。 (2) 等温过程,变温过程及相变过程熵变的计算 (3) 利用熵变判断过程的方向
a）恒 T 可逆 b）恒 T 不可逆 V2 V2 V2 Δ S 总 = nRTLn +(-nRLn ） Δ S 总 = nRTLn + 0 V1 V1 V1
= 0
V2 = nRTLn > 0 V1
等温过程的熵变
例： 1mol理想气体在等温下通过：(1)可逆膨胀，(2)真 空膨胀，体积增加到10倍，分别求其熵变。 解：（1）可逆膨胀
简化：
V2 P2 等 T：Δ S= nRLn =- nRLn V1 P1 T2 等 P：Δ S= CP Ln T1
T2 等 V：Δ S= CV Ln T1
变温过程的熵变
1. 先等温后等容 2. 先等温后等压 3. 先等压后等容
T2 nCV ,m dT V2 S nR ln( ) T1 V1 T T2 nC p ,m dT p1 S nR ln( ) T1 p2 T V2 p2 S nC p ,m ln( ) nCV ,m ln( ) V1 p1
S T
T2
1
nCV ,m dT T
(2) 物质的量一定的等压变温过程
S T
T2
1
nC p ,m dT T
等 P 过程：
W`=0， QP = dH = CPdT = QR
QR QP C P dT dS = = = T T T CP S )P 或 ( T T
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的一条重要定律，它描述了自然界中热能传递的方向和过程的不可逆性。
热力学第二定律即卡诺定理，这一定律的发现不仅推动了热力学的发展，也在工程和科学研究中发挥着巨大的作用。
热力学第二定律的核心思想是热能的自发从高温系统向低温系统传递，而不会相反。
这个思想在日常生活中随处可见。
当我们将一杯热茶放置在桌子上，茶的温度逐渐降低，而不会变得更热。
这个过程是不可逆的，它符合热力学第二定律的要求。
热力学第二定律的原型是卡诺定理，它由法国工程师尼古拉·卡诺在19世纪初提出。
卡诺定理表达了理想热机的效率与工作温度之间的关系。
根据卡诺定理，任何机械热机的效率都不可能高于理论上的最大值，即卡诺热机的效率。
卡诺热机是一个在两个不同温度下工作的理想热机，其效率由工作温度之间的比值决定。
这种限制性的不可逆性是热力学第二定律的核心内容，也是热力学与统计物理学的重要区别之一。
事实上，热力学第二定律的发现引发了科学家们对宇宙中热能传递过程的深入研究。
他们发现，自然界中存在着一种名为熵的物理量，它代表了系统无序程度的度量。
根据熵的增加原理，自然倾向于朝着更高熵的方向演化，这就意味着热能应该自发地从高温系统传递到低温系统，而不会相反。
熵增加原理使热力学第二定律更加深入人心，在科学研究和工程设计中得到了广泛应用。
比如，通过了解热力学第二定律，我们可以最大限度地提高能源利用效率，减少能量的浪费。
这对于提升工业生产的效益和降低环境污染具有重要意义。
在工程中，通过设计有效的热回收系统，可以将废热转化为有用的能量，实现能量的再利用。
除了工程应用外，热力学第二定律在生物学中也有深远的影响。
生命系统本质上是开放的非平衡系统，需要从外部吸收能量来维持其复杂的结构和功能。
热力学第二定律为生物学家提供了理论基础，从微观角度解释了生命现象的发生。
通过深入理解热力学第二定律，科学家能够更好地探索生物体内能量转换的机制，从而拓宽我们对生命起源和演化的认识。
热力学第二定律
700K
Q1 ?
Wnet 10000 kJ
Q2 4000kJ
400K
解：设为热机循环 TL 400 tc 1 1 0.4286 Th 700
Q2 Wnet 10000 t 1 0.7126 Q1 Q1 14000
设为制冷循环
Tc 400 c 1.33 T0 Tc 700 400
以上例子说明： ①.能量是有‘质’的差别的，机械能属高 质能，热能属低质能，热能所处温度越接近环境温度， 其能质也越低。 ②.能质高的能量可以全部转换成能质低的 能量，而能质低的不能全部转换成能质高的，而且必 须有补偿条件。 ③.能量的传递过程总是朝着消除势差的方 向进行的，在传递过程中，能量在数量上虽然保持守 恒，但在能质上却降低了。
§4-1 热力学第二定律的实质及表述
一 热力学第二定律的实质 热力学第二定律的实质就是“能质衰贬原理”， 即一切实际过程总是朝着使孤立系总的能质下降 的方向进行的。 二 热力学第二定律的表述： 1 . 开尔文—普朗克说法（1851年提出） 表述I：只从单一热库吸热而连续不断做功的循 环机器是不可能造成的。
④在一定的环境条件下，系统能量的有用能、无 用能、（火用）、（火无）等均为状态参数。
五、 熵
1）熵的物理意义
熵是系统无序程度（混乱度）的度量，熵值越大， 则无序度越大，系统能质越低，无用能也越大， 因此 熵是表征系统无用能大小的状态参数。 dE无用 --------- 可逆，不可逆均适用。 2) 定义式 dS T0
A
T
S
B
V
§4—2 有关“能质”的基本概念
一、 寂态及(火无)库 结论：①周围环境中能量的能质为零，没有转换能力； ②系统温度、压力越高，则能量的品质越高。 ③系统温度、压力低于周围环境越多，则能量 品质也越高。 (火无)库：指周围环境。 能质是相对于周围环境而言的，以周围环境作为能质 分析时的基准库，称为(火无)库，(火无)库中的能量 不可能被利用。
热力学第二定律
3. 可逆过程的热温商与熵变是否相等，为什么? 不可过程的热温商与熵变是否相等？ 答：可逆过程的热温商即等于熵变。即ΔS＝QR/T (或ΔS＝∫δQR/T)。不可逆过程热程的热温商的值就是一定的，因而
AT
ΔS 是一定的。 答：(1) 熵是状态函数，ΔS＝SB－B SA 即体系由 A 态到 B 态其变化值 ΔS是一定的，与
过程的可逆与否无关；而热温商是过程量，由 A 态到 B 态过程的不可逆程度不同，则 其热温商值也不相同。产生上述错误的原因在于对熵的状态函数性质不理解，把熵变与
第二章 热力学第二定律
1. 什么是自发过程？实际过程一定是自发过程？ 答：体系不需要外界对其作非体积功就可能发生的过程叫自发性过程，或者体系在理论
上或实际上能向外界做非体积功的过程叫自发过程。实际过程不一定是自发性过程， 如电解水就是不具有自发性的过程。
2. 为什么热力学第二定律也可表达为：“一切实际过程都是热力学不可逆的”？ 答：热力学第二定律的经典表述法，实际上涉及的是热与功转化的实际过程的不可逆性。
9. 如有一化学反应其等压热效应ΔH＜0，则该反应发生时一定放热，且ΔS＜0，对吗？ 为什么？
答：不对。因为化学反应的热效应ΔH是指在等温等压、无非体积功条件下，这时Qp＝ ΔH，当ΔH＜0，Qp＜0，反应发生时放热。如果反应不是在等温等压、无非体积 功的条件下，Q≠ΔH，ΔH＜0，也不一定放热。例如：绝热容器中H2与Ｏ2燃烧 反应，反应的等压热效应ΔH＜0，但该条件下 Q＝0，不放热，也不吸热。再如等 温等压下在可逆电池发生的反应，虽然ΔH＜0，但 Q 可能大于零。即使是放热反应， ΔＳ也不一定小于零，例如：浓 H2SO4 溶于水，放热，但 ΔＳ＞0。
热力学第二定律卡诺定律
• 热力学第二定律概述 • 卡诺定律的起源与原理 • 卡诺定律在热机效率中的应用 • 卡诺定律与环境保护 • 卡诺定律的现代研究与发展
01
热力学第二定律概述
定义与表述
热力学第二定律定义
热力学第二定律是描述热能和其他形式的能量之间转换的规 律，它指出不可能从单一热源吸收热量并使之完全变为功， 而不引起其他变化。
热力学第二定律在能源工程领域有着广泛的应用，例如在火力 发电、核能发电、风能发电等领域中，都需要遵循热力学第二
定律以提高能源利用效率。
制冷技术
在制冷技术领域，热力学第二定律是制冷机设计和性能评估的 重要依据，它指导人们不断改进制冷技术，提高制冷效率。
化工过程
在化工过程中，热力学第二定律用于指导化学反应过程的优化 和能效提升，通过降低能耗和提高产率来实现经济效益的提升
针对复杂系统的卡诺定律研究，需要发展更精确的理论模型和实验技术。
THANKS
感谢观看
卡诺循环
卡诺循环是理想化的一种热机工作过程，由 两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺效率
卡诺效率是指卡诺热机在理想工作过程中，从高温 热源吸收的热量与向低温热源放出的热量之比。
卡诺定律
卡诺定律指出，在相同的高温热源和低温热 源之间，所有实际热机的效率都不可能超过 卡诺效率。
实际热机的效率与卡诺定律的关联
。
02
卡诺定律的起源与原理
卡诺的生平简介
卡诺（Sadi Carnot）是19世纪初的法国物理学家和工程师，出生于1796年，逝世 于1832年。他是热力学的先驱之一，对热机效率的研究有着重要贡献。
卡诺在巴黎综合理工学院学习期间，受到拉格朗日和拉普拉斯等数学家的影响， 对数学和物理学产生了浓厚兴趣。他毕业后从事军事工程工作，但始终未放弃对 热学的研究。
第二章：热力学第二定律(物理化学)
精选可编辑ppt
31
克劳修斯不等式的意义
克劳修斯不等式引进的不等号，在热力学上可以
作为变化方向与限度的判据。
dS Q T
dSiso 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
“>” 号为自发过程 “=” 号为处于平衡状态
I < 20% 1度电/1000g煤
高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染）
精选可编辑ppt
16
火力发电厂的能量利用
400℃
550℃
ThTC67330055%
Th
673
I < 40% 1度电/500g煤
ThTC82330063%
Th
823
精选可编辑ppt
17
火力发电厂的改造利用
精选可编辑ppt
十九世纪，汤姆荪（Thomsom）和贝塞罗特（Berthlot） 就曾经企图用△H的符号作为化学反应方向的判据。他们认 为自发化学反应的方向总是与放热的方向一致，而吸热反应 是不能自动进行的。虽然这能符合一部分反应，但后来人们 发现有不少吸热反应也能自动进行，如众所周知的水煤气反 应就是一例。这就宣告了此结论的失败。可见，要判断化学 反应的方向，必须另外寻找新的判据。
精选可编辑ppt
4
2.2 自发变化不可逆症结
T1高温热源 Q1
M
W
Q2
T2低温热源
精选可编辑ppt
5
2.3 热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics)
开尔文(Kelvin) ：“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。”
热力学第二定律的理解与实际应用
热力学第二定律的理解与实际应用热力学是研究能量转化和能量流动规律的科学，而热力学第二定律则是热力学中最基本的规律之一。
它描述了热量自然流动的方向性，对于我们理解自然界的运行机制以及实际应用具有重要意义。
本文将从理论和应用两个方面来深入探讨热力学第二定律。
一、热力学第二定律的理论解释热力学第二定律，也被称为熵增原理，简单来说，它指出热量自然地从高温物体传递到低温物体，而不会相反地从低温物体传递到高温物体。
这个定律可以通过熵的概念来解释。
熵是描述系统混乱程度的物理量，系统的熵越高，其混乱程度越高。
根据热力学第二定律，一个孤立系统的熵在一个孤立系统内应该增加或保持不变，而不会减少。
这意味着自然倾向于让系统朝着更高熵的方向演化。
这种趋势是不可逆转的，也就是说，系统的混乱程度一旦增加，就无法回到原来的状态。
二、热力学第二定律的实际应用1. 火力发电火力发电是一种常见的能源转换方式，其原理是燃料的燃烧释放出的热能转化为电能。
在火力发电厂中，热力学第二定律的原理被广泛应用。
燃烧过程中产生的热能被用来加热水蒸汽，使其膨胀，从而推动涡轮旋转，最终将机械能转化为电能。
这个过程中，热量从高温的燃烧室传递到低温的冷却水中，符合热力学第二定律的规定。
2. 制冷技术制冷技术是热力学第二定律的重要应用领域之一。
根据热力学第二定律，热量自然地从热区流向冷区，而不会相反。
制冷设备利用这个原理，将热量从一个物体或者区域传递到另一个物体或者区域，以实现降温的目的。
例如，冰箱通过压缩制冷循环，将热量从冷藏室中移出，使冷藏室内温度降低，达到保持食物新鲜的效果。
3. 热力学工程热力学在工程领域的应用非常广泛，例如燃气轮机、汽车发动机、蒸汽机等都是基于热力学原理设计和工作的。
这些设备利用燃料的燃烧产生的热能，通过热力学循环将热能转化为机械能，从而实现动力输出。
热力学第二定律的应用在这些设备中起到了至关重要的作用，保证了能量转换的高效率和可靠性。
热力学第二定律
定理定律
01 定律表述
03 定律质疑
目录
02 定律解释
热力学第二定律（second law of thermodynamics），热力学基本定律之一，克劳修斯表述为：热量不能 自发地从低温物体转移到高温物体。开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其 他影响。熵增原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即 “熵”）不会减小。
也就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规 律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演 变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。
第二定律在有限的宏观系统中也要保证如下条件： 1．该系统是线性的； 2．该系统全部是各向同性的。 另外有部分推论：比如热辐射：恒温黑体腔内任意位置及任意波长的辐射强度都相同，且在加入任意光学性 质的物体时，腔内任意位置及任意波长的辐射强度都不变。
主词条：热寂论
热寂热寂论是把热力学第二定律推广到整个宇宙的一种理论。宇宙的能量保持不变，宇宙的熵将趋于极大值， 伴随着这一进程，宇宙进一步变化的能力越来越小，一切机械的、物理的、化学的、生命的等多种多样的运动逐 渐全部转化为热运动，最终达到处处温度相等的热平衡状态，这时一切变化都不会发生，宇宙处于死寂的永恒状 态。宇宙热寂说仅仅是一种可能的猜想。
第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用， 由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，人 们就用状态函数熵来描述这个差异，从理论上可以进一步证明:
第2章 热力学第二定律
B→A ⎜⎝ TB
⎟⎞ ＞ ⎟⎠ IR
A ⎜⎛δ Q ⎟⎞ 是 B ⎝ T ⎠R
∫ ∫ ∑ ∫ ∫ 错误的， A ⎜⎛δ Q ⎟⎞ =B ⎝ T ⎠R
B⎜⎛δ Q ⎟⎞ 代入
A⎝ T ⎠R
A→B
⎜⎜⎝⎛
δ
QB TB
⎟⎟⎠⎞IR +
A ⎜⎛δ Q ⎟⎞ ＜0，得 B ⎝ T ⎠R
B⎜⎛δ Q ⎟⎞ ＞ A⎝ T ⎠R
＞0，根据吉布斯能判据，该反应在此条件下不能自发正向进行。但是，实验室 内经常电解水以制取氢气和氧气，此时反应又能进行，两者是否矛盾？在这种情 况下应该怎样应用吉布斯能判据？
答：不矛盾，在无非体积功条件下，由于ΔG ＞0，所以该反应在此条件下 不能自发正向进行。但是，电解水时环境对体系做非体积功，且使 W′＞ΔG， 该反应就能自发进行。
思考题 1. 理想气体通过一个等温循环过程，能否将环境的热转化为功?为什么？
解：不能。理想气体的内能在等温过程中不变。ΔU＝0 如果经过恒外压不可逆膨胀，假设它由 A(P1，V1，T1)—→B(P2，V2，T1) 所作功 W(不)＝－Q(不)＝－P2(V2－V1)，再经过可逆压缩回到始态，可逆压缩 B(P2，V2，T1)—→ A(P1，V1，T1)(原初态) W’＝－Q’＝－RTln(V1/V2) （因为 可逆压缩环境消耗的功最小） 整个循环过程：W＝W(不)＋W＇＝－P2(V2-V1) －RTln(V1/V2)＝－Q。 ∵ －P2(V2-V1)＜0，－RTln(V1/V2)＞0，并且前者的绝对值小于后者， ∴W＝ －Q＞0，Q＜0，环境得热，W＞0 体系得功，即环境失热。说明整个循环过程 中，环境对体系作功，而得到是等量的热，不是把环境的热变成功。同样，如果 A—→B 是等温可逆膨胀，B—→A 是等温不可逆压缩，结果也是 W＞0，Q＜0， 体系得功，环境得热，即环境付出功得到热。不能把环境热变成功。如果 A——B 是等温可逆膨胀，B——A 是等温可逆压缩，即为等温可逆循环过程，W＝－ RTln(V2/V1)－RTln(V1/V2)＝0， 则 Q＝－W＝0，不论是体系还是环境， 均未 得失功，各自状态未变。
热力学第二定律的理解
热力学第二定律①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。
②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。
(1)说明①热力学第二定律是热力学的基本定律之一。
它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
上述(1)中①的讲法是克劳修斯(Clausius)在1850年提出的。
②的讲法是开尔文于1851年提出的。
这些表述都是等效的。
在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。
要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。
在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。
热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。
第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。
．②人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。
它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。
有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。
但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
③从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。
显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。
热力学第二定律知识点总结
热力学第二定律知识点总结热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，其中热力学第二定律是热力学的核心和基础。
热力学第二定律描述了自然界中热量如何传递的方向和限制。
本文将对热力学第二定律的几个重要知识点进行总结。
一、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述形式，其中最为常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出，不能将能量从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化。
换句话说，热量只能从高温物体传递到低温物体，不可能自发地从低温物体移动到高温物体中。
开尔文表述则强调了热力学第二定律的实际应用，它指出热量不可能从自发流动的热源中完全转化为功，一定会有一部分热量转化为无用的热量，最终导致热能的不可逆损失。
二、熵的概念熵是描述热力学系统混乱程度或无序程度的物理量。
熵的增加表示系统的混乱度增加，而熵的减少则表示系统的混乱度减少。
根据热力学第二定律，孤立系统的熵总是会增加，不可能自发减少。
根据熵的定义，我们可以得出一个结论：任何自发过程都会伴随着熵的增加。
这也是为什么自发发生的过程是不可逆的原因之一。
熵的增加导致能量的不可逆转化，使得系统无法恢复到原来的状态。
三、热机效率和热泵效率热机效率是指热机从热源中吸收的热量与做功所消耗的热量之比。
根据热力学第二定律，热机效率的上限由克劳修斯表述给出，即热机效率不能超过1减去低温热源与高温热源的温度比之间的比值。
热泵效率是指热泵从低温热源中吸收的热量与提供给高温热源的热量之比。
热泵效率的上限同样由克劳修斯表述限制。
四、热力学不可逆性热力学第二定律揭示了热力学过程的不可逆性。
不可逆性的存在使得热流只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向流动。
不可逆性还导致了热机效率和热泵效率的存在上限。
热力学第二定律的不可逆性在自然界广泛存在，如热传导、功的转化等过程都受到了不可逆性的约束。
能量的不可逆流动使得一部分能量转化为无用的热量，增加了能量损失。
五、热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程和科学研究中有着广泛的应用。
热力学的第二定律
热力学的第二定律热力学第二定律是关于内能与其他形式能量相互转化的独立于热力学第一定律的另一基本规律。
热力学第二定律是在研究如何提高热机效率的推动下逐步被发现的，并用于解决与热现象有关过程进行的方向问题。
热力学第一定律揭示了在改变一系统状态的过程中，功和热是等效的，并提示功变为热或热变为功时，功和热之间存在着一定的数量关系。
然而，经验证明，连续的将功完全变为热量可以实现的，而连续的将热完全变为功却是不可能的。
热力学第一定律不能说明这一事实以及关于过程进行方向的其他事实。
能够说明过程进行方向的是由经验归纳出来的，独立于第一定律的热力学第二定律。
研究大量的不可逆过程，发现可以从一种过程的不可逆性经过逻辑推理证明另一过程的不可逆。
这种推理的基础是一切不可逆 过程都有内在联系。
我们可以比较方便选择对一种不可逆过程的表述作为热力学第二定律的一种表述。
在热力学第一、二定律建立起来以前，卡诺探讨提高热机效率的途径，总结出后来称为卡诺定理的两个命题。
应用卡诺定理，从可逆卡诺循环建立起热力学温标。
克劳修斯从卡诺定理和卡诺循环导出克劳修斯等式和不等式，找到了系统的一个状态函数—熵，并证明了熵增加原理，克劳修斯将热力学第二定律用数学形式表达出来，避免了使用复杂的逻辑推理方法，方便的判断过程能否自发进行和判断过程进行的方向。
一、热力学的第二定律的开尔文表述：法国人巴本发明了第一部蒸汽机，英国人纽可门制作的大规模把热变为机械能的蒸汽机从1712年起在全英国煤矿普及使用，其后瓦特改进的蒸汽机在十九世纪已在工业上得到广泛使用，提高热机效率问题成为当时生产中的重要课题。
热机效率公式为：121QQ-=η从这个公式看来，若热机工作物质在一循环中，向低温热源放的热量Q 2越少，而机械效率就越高。
若设想η=1=100% 。
Q 2必为Q 2=0 这就要求工作物质在一循环中，把从高温热源处吸收来的热量全部转化为有用的机械功，而工作物质又回到了原来的热力学状态。
热力学第二定律公式
热力学第二定律公式
热力学第二定律是一种基本的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时所表现出的一般性规律。
它的公式表达式为ΔS ≥ δQ/T，其中ΔS代表热力学系统的熵增量，δQ代表系统受到的热量，T代表系统的绝对温度。
它的定义如下：当一个物质在发生热力学过程时，物质的熵增量ΔS必须大于系统受到的热量δQ除以系统的绝对温度T，即ΔS ≥ δQ/T。
这一定律表明，当物质发生热力学过程时，物质的熵总是在增加，而不会减少，即熵增量ΔS必须大于等于零，而不能小于零。
当一个物质发生热力学过程时，熵增量ΔS可能会大于δQ/T，这表明物质的熵增量不仅是由外加的热量所决定，还受到系统的温度影响，即熵增量也受到温度的影响，这也是热力学第二定律的一个重要内容。
热力学第二定律是一个重要的物理定律，它描述了物质在发生热力学过程时的一般规律，即物质的熵总是在增加，而不会减少，而且熵增量的大小也受到系统的温度的影响。
鉴于热力学第二定律的重要性，它已经成为热力学研究的基础，它在很多热力学相关问题的研究中都发挥着重要作用。
热力学第二定律与熵
热力学第二定律与熵热力学第二定律是热力学的重要基本原理之一，它与熵的概念有着密切的联系。
本文将介绍热力学第二定律的基本原理、熵的定义以及两者之间的关系。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是描述自然界过程方向性的定律，也被称为热力学时间箭头。
它规定了自然界中一个孤立系统的熵不断增加，即系统总是朝着混乱状态演化的方向进行。
根据热力学第二定律，自然界中存在着一种不可逆的趋势，即热量从高温区流向低温区，而不会自发地从低温区流向高温区。
这个过程被称为热量传递的一种方式，即热传导。
它是熵增加的原因之一。
二、熵的定义及性质熵是热力学中一个重要的概念，它用来描述一个系统的混乱程度或无序程度。
熵的定义可以通过热力学第二定律中的准则来解释。
对于一个孤立系统，其熵的增加蕴含了系统状态的不可逆过程。
熵的具体定义如下：dS = δQ / T其中，dS表示系统熵的变化量，δQ表示系统吸收的热量，T表示系统的温度。
熵是一个状态函数，因此它只依赖于初态和末态的差值，与具体过程无关。
熵还具有以下性质：1. 熵是非负的：根据熵的定义可以知道，熵的增加导致系统的混乱度增加，所以熵始终大于等于零。
2. 封闭系统的熵增加：对于一个封闭系统，当没有能量、物质和信息交换时，系统的熵增加。
3. 熵与无序程度正相关：熵的增加表示系统的无序程度增加，系统趋于混乱状态。
三、热力学第二定律与熵的关系熵是衡量系统混乱程度的物理量，而热力学第二定律则表明系统总是向混乱度增加的方向演化。
因此，熵可以用来体现热力学第二定律的基本原理。
热力学第二定律可以通过熵增加的概念来解释。
根据熵的定义，当一个孤立系统吸收热量时，其熵增加。
这意味着系统的无序程度增加，系统朝着混乱状态演化的方向前进。
熵的增加是不可逆的，而热力学第二定律指出，自然界的过程都是不可逆的。
熵增加可以看作是自然界过程中不可逆性的一个重要表现。
总之，热力学第二定律是热力学的基本原理之一，它规定了自然界中系统熵的增加规律。
热力学第二定律公式
热力学第二定律公式
热力学第二定律描述了热能在任何发生物理或化学变化时的按照
规律运动，它是解释物理学中温度变化的关于热能运动的定律。
热力
学第二定律公式简单地表示为热能流动时，它对热源和汇合处的统一性。
其公式为dQ=TdS，其中dQ为热能流动的量，T是温度，dS是热能的熵变。
热力学第二定律是必需有一种热源，即热源处的守恒量需要大于
汇合处的守恒量，以实现传递和传导热能，即利用从热源处至汇合处
之间自然属性的压力。
而TdS，T代表温度，dS代表熵，熵是表示一个热站热量流动的量，它使得熵的变量影响热流的大小。
所以在TdS（T
温度的熵变）的影响下，熵增加量越大，热流量就越大，熵减小量越大，热流越小。
热力学第二定律告诉我们，任何热能运动的原理，其变化只能从
热源处至汇合处，而不是相反。
它也让我们明白，只有熵变才会影响
热流，熵变越大热流也越大，熵变越小热流也越小。
因此，我们可以
从历史和实验中考察物种热量和熵的定义，进而了解它们变化的规律。
02热力学第二定律
Q
Q
四、热力学第二定律数学表达式
Clausius不等式：S 意义：
δQi δQ 或dS Ti T
（1）在热力学可逆过程中， dS δQR
注意： （1） Q是实际过程热，可逆过程与不可逆过程中的Q 不同。 （2）式中的T是环境的温度，可逆过程中， T体系 T环境
T （2）在热力学不可逆过程中， dS > δQIR T （3） dS < δQ 的过程不存在。 T
（3）熵S是广度性质的状态函数，不守恒。
五.熵增加原理
δQi δQ Clausius不等式：S 或dS Ti T 1.绝热过程
δQ 0
S (绝热) 0或dS (绝热) 0 结论：绝热过程中，封闭体系的熵永不减少。 如果过程是可逆的，则熵的数值不变；如果过程 是不可逆的，则熵的数值增加。 思考题：熵变是否与过程有关？
气体流动 溶质扩散
P高P低 c高c低
两处P相等 两处C相等
压力差 浓度差
自发过程的逆过程不能自动发生，但可由环境来完成。
二、热力学第二定律的经典表述
1.开尔文说法：
不可能从单一热源取热使之全部变为功而不产生其它 的变化。
2.克劳修斯说法：
不可能把热从低温物体传到高温物体而不发生其它 变化。
3.Ostwald说法：
T T相
T相
T
例1：1mol金属银在定容下由273.2K加热到303.2K，求 ΔS。 CV ,m 24.48J K -1 mol-1 。 已知在该温度区间银的 解：
T2 303.2 S nCV,m ln 1 24.48 ln T1 273.2 2.531(J K -1 )
绝热可逆过程和绝热不可逆过程所到达的最终状态是不同 的，因而熵也不同，因而不能错误地理解为熵变与过程有关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
101325
3167 101325
3167 kJ 8.590kJ 101325 13. 一摩尔单原子理想气体始态为 273K、p，计算下列变化后的各个 Δ Gm 值。设该条件 下气体摩尔熵为 100J·K-1·mol-1 (1)恒压下体积加倍；(2)恒容下压力加倍；(3)恒温下压力加倍。 解： （1）恒压下体积加倍 T2 2T1 546 K 5 T 1 S nC p , m ln 2 8.314 ln 2 14.41J K T1 2 1 1 S2 S1 S [14.41 100]J K 114.4J K G H (T2 S 2 T1 S1 ) 5 1 1 [ 8.314(546 273) (114.4 546 273 100)]kJ mol 29.49kJ mol 2 （2）恒容下压力加倍。 nRT nRT2 T2 2T1 546K V 1 p1 2 p1 T 3 S nCV ,m ln 2 1 8.314 ln 2 8.64J T1 2 S2=△S+S1=108.64J 5 1 1 G [ R (546 273) (546 108.6 273 100)]kJ mol 26.34kJ mol 2 （3） 恒温下压力加倍 8.314 298.15 ln
G, A, S与（ 1 ）相同
Q 124000 1 1 S环 J k 41.58J k T 298.2 1 S总 26.68J k 7. 在中等压力下,气体的物态方程可以写作 pV(1-β p)=nRT，式中系数 β与气体的本性和温 度有关。今若在 373K 时,将 0.5molO2 由 1013.25kPa 压力减到 101.325kPa，试求 Δ G。已知 -9 -1 氧的 β =-9.277×10 Pa 。 nRT 解： V p (1 p) p P p dp dp dp G Vdp nRT nRT ( ) p 10 P p (1 10 p p) p 1 p
G H T S Q 4.443kJ 2）因为等温 U 0, H 0 外压恒定 RT RT 1 W Q P V 6 p( ) 6 RT ( 1) 6p p 6 1 6 8.314 298( 1)kJ 12.400kJ 6
0.2mol O2(g) 0.2×101.325kPa V1 0.8mol N2(g) 0.8×101.325kPa V2 等温 T=298.15K 0.2mol O2(g) 0.8mol N2(g) V=V1+V2
0 .2 8.314 298.15 V1 24.47dm 3 0 .2 101.325 0.8 8.314 298.15 V2= 24.47dm 3 0 .8 101.325 ( 0 .2 0.8) RT （ 1） p 50.65kPa V1 V2 （2）把两种气体看成为体系。 体积没有变化，W=0。 等温变化 U 0， H 0 则 ，Q 0 2V 2V S总 n O R ln n N R ln V V 1 1 [ 0 .2 8.314 ln 2 0 .8 8.314 ln 2]J K 5.763J K
378.15 1. 5mol He(g)从 273.15k 和标准压力 p变到 198.15k 和压力 p=(10×p),求过程的 △S(已知 Cv.m=3/2R) 解： p T S nR ln 1 nC p , m ln 2 J·K-1 p2 T1 1 5 298.15 1 1 5 8.314 ln ]J K 86.67J K 10 2 373.15 2. 0.10kg283.2K 的 水 与 0.2kg,313.2K 的 水 混 合 ， 求 △ S 。 设 水 的 平 均 比 热 为 4.184kJ·K-1·kg-1。 解：设求混合后的温度为 T [5 8.314 ln
热力学第二定律
(0.10 4.18)dT ＝－ (0.20 4.18)dT
283.2 313 .2
T
T
T=303.2k
303.2 303.2 1 1 0 .2 4.184 ln ]J k 1.397J k 283.2 313.2 3. 实验室中某一大恒温槽（例如是油浴）的温度为 400K，室温为 300K。因恒温槽绝热不 良而有 4000J 的热传给空气，用计算说明这一过程是否为可逆？ 解： T(环)= 300 K T（体）=400K S [ 0 .1 4.184 ln
28
热力学第二定律
H 0
S R ln
p1 p2
p2 1 1 8.314 273 ln 2kJ mol 1.573kJ mol p1 15. 在 温 度 为 298K 压 力 为 p 下 ,C( 金 刚 石 ) 和 C( 石 墨 ) 的 摩 尔 熵 分 别 为 2.45 和 5.71J·K-1·mol-1,其燃烧热依次分别为-395.40 和-393.51kJ·mol-1,又其密度分别为 3513 和 2260kg·m-3。试求: (1)在 298.15K 及 p下,石墨→金刚石的 Δ G; (2)哪种晶形较稳定? (3)增 加压力能否使不稳定的晶体变成稳定的晶体,如有可能,则需要加多大的压力? 解 （ 1） C(石)→C(金) △trsH m =△cH m (石) - △cH (金)=1.890kJ·mol-1 m G T S RT ln
0.5 8.314 273.2[ln
27
热力学第二定律
变化时，所引起的 Δ G 变化很小,常可略去不计） 。 解： 3 M 10 V0 乙醇 (46.07 )dm 3 0.05839dm 3 0.789
25 p 25 p 1 2 G Vdp V0 1 p dp V0 p 2 p1 p 2 p12 p p 2 1 2 V0 25 1 p V0 25 p p 2 141.8J 2 9. 在 298.15K 及 p下,一摩尔过冷水蒸气变为同温度同压力下的水,求此过程的 Δ G。已知 298.15K 时水的蒸气压为 3167Pa。 解：此过程为不可逆过程,应设计―可逆过程来计算
26
热力学第二定律
W p(V g Vl ) pV g RT 8.314 383.15kJ 3.186kJ U Q W [33350 3186]kJ 30.164kJ A W -3.186kJ G 0(等温等压可逆过程） H 33350 1 1 S J K 87.025J K T 383.15 6. (1)在 298.2K 时,将 1molO2 从 101.325kPa 等温可逆压缩到 6×101.32kPa, 求 Q,W, Δ U ,Δ H,Δ F ,Δ G ,Δ S ,和 Δ S（隔离） 。 (2)若至始至终用 6×101.325kPa 的外压等温压缩到终态,求上述各热力学函数变化值。 解:（1）看成理想气体，因等温 U 0, H 0 1 p Q W nRT ln 1 8.314 298.2 ln 4.443kJ p2 6 A W 4.443J Q 4443 p 1 1 S体 nR ln 1 J K 14.90J K p 2 T 298 Q 1 S环 4.443J K T S 隔离 0
1 1 0.012011kg mol 0.012011kg mol =2862J·mol-1+ (p2-101325Pa) 3 3 3513kg m 2260kg m
欲使△trsG (2)<0，解上式得 m 9 p2>1.52×10 Pa 需要压至 1.52×109Pa 时才可以使石墨变成金刚石。 2 C p 17. 证明 V T V T2 T V S p 证：根据麦克斯韦关系式： V T T V ↓△G1 H2O（g） 298.15K 3167kPa
3167 101325
△G
△G2
H2O（l） 298.15K p ↑△G2 H2O（l） 298.15K 3167kPa
G G1 G2 G3 0 Vg dp Vl dp nRT ln
2 1
9 1 1 ( 9.227 10 ) 101325 ln ] 2.605kJ 9 10 1 10( 9.227 10 ) 101325 8. 在 293K 时，将 1molC2H5OH(l)自 101.325kPa 压缩到 25×101.325kPa，试求 Δ G。已知 -9 -1 其物态方程为 V=V0(1-β p), β =1.036×10 Pa ,V0 是 298K 和 p 下的体积。已知在该情况下 C2H5OH(l)的密度为 0.789kg·dm-3。 （将本题的结果与上题比较，显然当固体或液体发生状态
2 2
G H T S T S [ 298 5.763]J 1719J （3）△U=0 Q W T ( S) 298 ( 5.763)J 1719J 5. 1molCH3C6H5 在其沸点 383.15K 时蒸发为气.求该过程的 Q,W, Δ U,Δ H,Δ F,Δ G ,Δ S,已知该 温度下 CH3C6H5 的气化热为 362kJ·kg-1。 解: 3 H Q 362 M 甲苯 362 92.14 10 33.35kJ
恒温槽很大，放出的热量不影响体系的温度 △S（体系）=(-4000/400)=-10J·K-1 △S(环境)=4000/300=13.33 J·K-1 △S（隔离） =3.33 J·K-1>0 不可逆 4. 在 298.15K 的等温情况下，两个瓶子中间有旋塞连通。开始时，一侧放 0.2mol O2,压力 为 0.2×101.325kPa,另一侧放 0.8molN2， 压力为 0.8×101.325kPa,打开旋塞后， 两气互相混合。 计算 （1） 终了时瓶中的压力 （2） 混合过程中的 Q，W，Δ S， Δ U， Δ G。 （3） 如设等温下可逆地使气体回到原状，计算过程中的 Q 和 W。 解：