热力学定律习题课PPT(2课时)
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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。
《热力学定律》PPTPPT
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－、做功可以改变物体的内能
• 点击下图观看视频讲解
由此可知：
1．外界对物体做功，物体的内能增加
2．物体对外界做功，物体的内能减少．
二、热传递可改变物体的内能
点击下图观看动画演示
1．热传递：没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传 递．
２．0℃的水结成0℃的冰，既放出热量，又增大体积对 外做功，因此，其内能一定减少，选项B正确．
３．一定量气体经历绝热膨胀过程，对外做功，气体的 内能一定减少，选项C正确。
４．一定量气体吸收热量而体积不变，气体不对外做功， 内能一定增加而不可能减少，选项D错误． 综上所述，本题正确答案为B、C．
小结：
三、做功和热传递的区别
1．做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就 用功数值来量度．外界对物体做多少功，物体的 内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的 内能就减少多少．
热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变 是用热量来量度的．物体吸收了多少热量，物体 的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体 的内能就减少多少．
2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
3．做功和热传递在本质上是不同的：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之 间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同 种形式能量的转移）
例题：
关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A．相同质量的两种物体，升高相同的温度，内 能增量一定相同
• 做功和热传递是改变物体内能的两个不同的物 理过程．
• 做功和热传递在改变物体内能上等效．但本质 不同．
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－、做功可以改变物体的内能
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由此可知：
1．外界对物体做功，物体的内能增加
2．物体对外界做功，物体的内能减少．
二、热传递可改变物体的内能
点击下图观看动画演示
1．热传递：没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传 递．
２．0℃的水结成0℃的冰，既放出热量，又增大体积对 外做功，因此，其内能一定减少，选项B正确．
３．一定量气体经历绝热膨胀过程，对外做功，气体的 内能一定减少，选项C正确。
４．一定量气体吸收热量而体积不变，气体不对外做功， 内能一定增加而不可能减少，选项D错误． 综上所述，本题正确答案为B、C．
小结：
三、做功和热传递的区别
1．做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就 用功数值来量度．外界对物体做多少功，物体的 内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的 内能就减少多少．
热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变 是用热量来量度的．物体吸收了多少热量，物体 的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体 的内能就减少多少．
2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
3．做功和热传递在本质上是不同的：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之 间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同 种形式能量的转移）
例题：
关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A．相同质量的两种物体，升高相同的温度，内 能增量一定相同
• 做功和热传递是改变物体内能的两个不同的物 理过程．
• 做功和热传递在改变物体内能上等效．但本质 不同．
02章-热力学第二定律PPT课件
解：ΔS = Q/T = 6820/90.18=75.63 Jk-1
.
22
2、不可逆相变过程的熵变
例2.4.5：苯在正常熔点278.7K下，ΔfusHm=9.916 kJ /mol， Cpm(l)=126.8J/K.mol，Cpm(s)=122.6 J/K.mol，求苯在标准压强、 268.2K下凝固过程的ΔS。
非自发过程：必须借助外力才能进行的过程
一切自发过程的逆过程都. 是非自发过程。
2
2. 可逆过程
可逆过程：体系经过一过程，若体系与环境能同时复 原，则称该过程为热力学可逆过程。
(1) 可逆膨胀与压缩
可逆膨胀：外压比系统压强低无穷小 P外=P-dP
可逆压缩：外压比系统压强高无穷小 P外=P+dP
理想气体等温可逆膨胀或压缩：
(3) 任何可逆途径的热温商均相同： ∫δQR1/T = ∫δQR2/T
可逆途径热温商∫δQR/T具有体系状态函数的特征
(4) 可逆途径的热温商一定不小于不可逆途径热温商： ∫δQR/T ≥ Q/T环IR
.
8
2、熵
(1)定义：任意过程可逆途径的热温商等于系统的熵变 ΔS = ∫δQR/T
(2) 熵是系统的性质（状态函数、热力学函数） ΔS = S2 – S1
4、熵增加原理
（1）绝热过程的熵增加原理
任意系统的绝热过程：Q/T环= 0
绝热过程的熵判据：ΔS绝热 ≥ 0 （＞：自发过程，=：可逆过程）
对于绝热过程： 若过程是可逆的，则系统的熵不变； 若过程是不
可逆的，则系统的熵增加。 绝热不可逆过程总是向熵增加的方向进行，当达
到平衡时，系统的熵达到最大值。
∫δQR/T =∫(Cp/T)dT = Cp.ln(T2/T1) =(500/18)×75.3×ln(373.2/273.2)
.
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2、不可逆相变过程的熵变
例2.4.5：苯在正常熔点278.7K下，ΔfusHm=9.916 kJ /mol， Cpm(l)=126.8J/K.mol，Cpm(s)=122.6 J/K.mol，求苯在标准压强、 268.2K下凝固过程的ΔS。
非自发过程：必须借助外力才能进行的过程
一切自发过程的逆过程都. 是非自发过程。
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2. 可逆过程
可逆过程：体系经过一过程，若体系与环境能同时复 原，则称该过程为热力学可逆过程。
(1) 可逆膨胀与压缩
可逆膨胀：外压比系统压强低无穷小 P外=P-dP
可逆压缩：外压比系统压强高无穷小 P外=P+dP
理想气体等温可逆膨胀或压缩：
(3) 任何可逆途径的热温商均相同： ∫δQR1/T = ∫δQR2/T
可逆途径热温商∫δQR/T具有体系状态函数的特征
(4) 可逆途径的热温商一定不小于不可逆途径热温商： ∫δQR/T ≥ Q/T环IR
.
8
2、熵
(1)定义：任意过程可逆途径的热温商等于系统的熵变 ΔS = ∫δQR/T
(2) 熵是系统的性质（状态函数、热力学函数） ΔS = S2 – S1
4、熵增加原理
（1）绝热过程的熵增加原理
任意系统的绝热过程：Q/T环= 0
绝热过程的熵判据：ΔS绝热 ≥ 0 （＞：自发过程，=：可逆过程）
对于绝热过程： 若过程是可逆的，则系统的熵不变； 若过程是不
可逆的，则系统的熵增加。 绝热不可逆过程总是向熵增加的方向进行，当达
到平衡时，系统的熵达到最大值。
∫δQR/T =∫(Cp/T)dT = Cp.ln(T2/T1) =(500/18)×75.3×ln(373.2/273.2)
热力学第二定律(习题课)
本章小结与学习指导
1 8.314 380 5 p2 8.47 10 Pa 3 3.731 10
7 H 1 1 8.314(380 400) 582J 2 S1 0
本章小结与学习指导
2. 绝热反抗恒外压
1 8.314 380 1 8.314 400 415.7 P2 ' ( ) 5 P2 ' 10 1.013 10 P2 ' 8.36 105 Pa H 2 H 1 582J S 2 nC p ,m ln T2 T1 nR ln p1 p2
本章小结与学习指导
(1) 解： Q＝0,W 0, U f (T ,V ) 0 此过程为等温过程 H＝0 2 p0 p1 S＝nR ln nR ln 5.763J K 1 p2 p0 G H T S nRT ln 2 1.729kJ
(2) Q 0,W 0, U f (T ,V ) 0
2H 0
H ( H 2 O) 1 H 2 H 1 H 24.36kJ 1H 24.36103 1S 65.31J K 1 T 373
2 S n2 ( H 2O, g ) R ln 0.4 p0 p2 0.8 8.314ln J K 1 6.09 J K 1 p3 p0
本章小结与学习指导
4．本章有关计算
(1)计算S、A及G的通式
S=(Qr/T)
A=U-(TS)=U-(T2S2-T1S1)
G=H-(TS)=H-(T2S2-T1S1)
其中： T2S2-T1S1
本章小结与学习指导
4．本章有关计算
(2)理想气体纯PVT变化过程
物理化学课件第2章热力学第二定律
热不是系统的状态函数，所以要分别计算三 个过程的热： 理想气体定温过程，U=0，Q=W
卡诺定理 熵 熵变计算 自由能 热力学关系 G计算 习题课
24
S= 191 JK-1
实际过程的热温商： (a) Q/T= nR ln (p1 / p2) = 191 JK-1 S= Q/T 可逆 (b) Q/T=0; S>Q/T 不可逆过程
卡诺定理 熵 熵变计算 自由能 热力学关系 G计算 习题课
三、热传导过程
19
求算S的依据：
1.熵是系统的状态性质， S只取决于始终态，而
与变化途径无关；
2.无论是否是可逆过程，在数值上
dS =Qr/T； (Qr=TdS)
因此需设计可逆过程，求Qr
3.熵是容量性质，具有加和性。
S=SA +SB
Qr Qr Qr T T A T A B
B A B
B
其积分值与途径无关
A
V
S S B S A
A
def B
Qr
T
或
dS
def
Q r
T
单位：JK-1 ， 容量性质
G计算
反证法
T2
Q2 Q2
R
W'
I
W
Q1
Q1 '
T1
卡诺定理告诉人们：提高热机效率的有效途径是加 大两个热源之间的温差。
卡诺定理
熵
熵变计算 自由能 热力学关系
G计算
习题课
11
卡诺定理热温商：( Clausius
1850年)
W Q2 + Q1 T2 T1 R Q2 Q2 T2
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B 6.关于物体内能的变化情况,下列说法中正确的是 () A.吸热的物体其内能一定增加 B.绝热压缩的物体其内 能一定增加 C.放热的物体其内能一定减少 D.体积膨胀的物体其内 能一定减少
6.B [解析] 对于吸热的物体,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,其 内能不一定增加,还与做功情况有关,故A错误;对于绝热压缩的物 体,Q=0,外界对物体做功,W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,有ΔU>0, 其内能一定增加,故B正确;对于放热的物体,若外界对物体做功,而且 功的数值大于热量的数值,则根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,物 体的内能增加,故C错误;对于体积膨胀的物体,对外界做功,若物体从 外界吸热,而且热量的数值大于功的数值,则根据热力学第一定律 ΔU=W+Q可知,物体的内能增加,故D错误.
2.B [解析] 对于一定质量的气体,采用任何一种绝热方式 由初状态A变化到末状态B,都是绝热过程.在这一过程中,气 体在初状态A有一确定的内能UA,在末状态B有另一确定的 内能UB,由绝热过程中ΔU=UB-UA=W知,W为恒量,故B正确.
知识点二 热量与内能
3.(多选)如图所示,绝热的容器内密闭一定质量的气体(不 考虑分子间的作用力),用电阻丝缓慢对气体加热时,绝热
AD
3 热力学第一定律 能量守恒定律 知识点一 热力学第一定律的应用
5.(多选)如图所示为简易测温装置,玻璃管中一小段水银
将一定质量的气体封闭在烧瓶内.当温度升高时 ( BD )
A.瓶内气体的密度增大 B.瓶内气体分子的平均动能增加 C.外界对瓶内气体做正功 D.热传递使瓶内气体的内能增加
5.BD [解析] 当温度升高时,瓶内气体的变化为等压 膨胀,故瓶内气体的密度减小,气体分子的平均动能增 加,瓶内气体对外做正功,选项B正确,选项A、C错误;由 热力学第一定律ΔU=W+Q可知,瓶内气体内能增加是由 于气体从外界吸收了热量,选项D正确.
[解析] 合外力对气泡做功,改变气泡动能的大小,选项A、 B错误.气泡内气体膨胀时,对外做功,内能减少,选项C错 误,选项D正确.
2.采用绝热的方式使一定量的气体由初状态A变化至末
B 状态B.对于不同的绝热方式,下列说法正确的是 ( )
A.对气体所做的功不同 B.对气体所做的功相同 C.对气体不做功,因为没有能量的传递 D.以上三种说法都不对
知识点二 热力学第一定律对理想气体的应用
7.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内
空气分子势能的变化),则 ( B)
A.气泡内空气对外做功,内能不变,同时放热 B.气泡内空气对外做功,内能不变,同时吸热 C.气泡内空气内能减少,同时放热 D.气泡内空气内能不变,不吸热也不放热
7.B [解析] 气泡上升过程中,由于水对气泡的压强减小, 气泡的体积增大,故气泡内空气对外做功;缓慢上升指有 时间发生热传递,可认为气泡内空气温度是不变的,不计 气泡内空气分子势能的变化,则内能不变,所以要从外界 吸收热量,且吸收的热量等于对外界所做的功.
8.如图所示,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设
水温均匀且恒定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间相互作
用.在被淹没的金属筒缓慢下降的过程中,筒内空气体积减
小,则筒内空气 ( )
A.从外界吸热
B.内能增大
C.向外界放热
D.内能减小
8.C [解析] 水温恒定且金属筒缓慢下降,则筒内空气的温 度始终不变,因不计分子间相互作用,故气体的内能不变,选 项B、D错误.筒内空气体积减小,外界对气体做功,由热力学 第一定律可知,气体必须向外界放热,选项A错误,选项C正确.
10.(多选)一定质量的理想气体经历下列一些过程,一
定从外界吸收了热量的是 ( ABD)
A.温度保持不变,体积逐渐增大 B.体积保持不变, 温度逐渐升高
C.压强保持不变,体积逐渐减小 D.温度逐渐升高, 压强逐渐减小
11.(多选)图为一定质量的理想气体的状态变化过程的p-V图像,气体 先由状态a沿双曲线经等温过程变化到状态b,再沿与横轴平行的直线 变化到状态c,a、c两点位于与纵轴平行的直线上.以下说法中正确的
热力学定律的应用
习题课（2课时）
知识点一 功和内能
1.有一个小气泡从水池底缓慢地上升,气泡跟水不发生热 传递,而气泡内气体体积不断增大.在小气泡上升过程中
( D)
A.由于气泡克服重力做功,故它的内能减少 B.由于重力和浮力的合力对气泡做功,故它的内能增加 C.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能增加 D.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能减少
活塞无摩擦地上升.在这一过程中 ( AD )
A.单位时间内气体分子碰撞活塞的次数减少 B.电阻丝对气体加热,气体对外做功,气体内能可能减少 C.电阻丝对气体加热,气体又对外做功,气体内能可能不变 D.电阻丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功
3.AD [解析] 由题意知,气体压强不变,体积增大,则气 体温度升高,内能增加,同时气体对外做功,故电阻丝传 递给气体的热量一定大于气体对外做的功,选项B、C 错误,选项D正确.由气体压强的微观解释知,温度升高, 则气体分子与活塞碰撞一次对活塞的平均作用力增大, 而压强不变,因此单位时间内气体分子碰撞活塞的次 数减少,选项A正确.
9.(多选)如图所示,用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同
的两部分,先用销子S把活塞锁住,将质量和温度都相同的
氢气和氧气分别充入容器的两部分,然后提起销子S,使活
塞可以无摩擦地滑动.在活塞滑动过程中 ( CD)
A.氧气的温度不变 B.氢气的压强增大
C.氢气的体积增大
D.氧气的温度升高
9.CD [解析] 氢气和氧气的质量相同,由于氢气的摩尔质量小,所以氢气的物质 的量大,因体积和温度相同,所以氢气产生的压强大.当拔掉销子后,由于氢气的压 强大,会推动活塞向氧气一方移动,这时氢气体积增大,对外做功,此过程绝热,根据 ΔU=W+Q可知,氢气的内能减少,温度降低.对于氧气,外界对它做功,氧气的体积减 小,由ΔU=W+Q可知,无热传递的情况下,氧气的内能增加,温度升高,A、B错误,C、 D正确.