热力学第二定律PPT课件
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热力学第二定律-PPT课件
答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
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【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
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。
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:
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ppt课件
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 )
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
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
第三章 热力学第二定律-终ppt课件
∴ 与例1中的末态能量相同 ∴ T2必与例1相同(理气)：T2 = 262.5K
编辑版pppt
26
V20R030R00.041 m 30 1013 10 00 1300
p22R 0.02461 .520 10.46kP a
➢ 求熵变 S = S(He) + S(H2)
He:
200 K S(He) = ? 262.5 K
r
1
ir
2
2δ Q
r
1T
Sr SirS2S 1
δ Q
T
ir
(2) S是容量性质，J.K-1
编辑版pppt
12
二、热力学第二定律的数学表达式
(Mathematical expression of The Second Law)
对两个热源间的不可逆循环：热温商之和小于0
Qc Qh 0 Tc Th
P135-136
一、自发过程的方向和限度
➢ 自发过程(spontaneous process)：在一定环境条件下， (环境)不作非体积功，系统中自动发生的过程。反之， 只有(环境)作非体积功方能发生的过程为非自发过程。 通常所说的“过程方向”即是指自发过程的方向。
举例：① 气流：高压
低压
② 传热：高温
编辑版pppt
28
二、相变过程的熵变 (Entropy change in a phase-transition)
1. 可逆相变 ∵ 一般可逆相变为等T，等p，W’＝0的可逆过程 ∴ Qr = H
S相变 H相变 T相变
其中， H：可逆相变热 T：可逆相变温度
2. 不可逆相变 方法：设计可逆过程
编辑版pppt
101.3 kPa
编辑版pppt
26
V20R030R00.041 m 30 1013 10 00 1300
p22R 0.02461 .520 10.46kP a
➢ 求熵变 S = S(He) + S(H2)
He:
200 K S(He) = ? 262.5 K
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(2) S是容量性质，J.K-1
编辑版pppt
12
二、热力学第二定律的数学表达式
(Mathematical expression of The Second Law)
对两个热源间的不可逆循环：热温商之和小于0
Qc Qh 0 Tc Th
P135-136
一、自发过程的方向和限度
➢ 自发过程(spontaneous process)：在一定环境条件下， (环境)不作非体积功，系统中自动发生的过程。反之， 只有(环境)作非体积功方能发生的过程为非自发过程。 通常所说的“过程方向”即是指自发过程的方向。
举例：① 气流：高压
低压
② 传热：高温
编辑版pppt
28
二、相变过程的熵变 (Entropy change in a phase-transition)
1. 可逆相变 ∵ 一般可逆相变为等T，等p，W’＝0的可逆过程 ∴ Qr = H
S相变 H相变 T相变
其中， H：可逆相变热 T：可逆相变温度
2. 不可逆相变 方法：设计可逆过程
编辑版pppt
101.3 kPa
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T1 T2
Tb Tc
vc vb
k1
k1
T1 T2
Ta Td
vd va
vc vd d
vb va
卡诺循环的热效率为：
c
1T2 T1
51
分析：
c
1T2 T1
51
（1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热 源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度。
（2）卡诺循环的热效率只能小于1，决不可能等于1， 更不可能大于1。
逆向卡诺热泵循环的供 暖系数为
c' w qn 1e t q1q 1q2T1T 1T2 54
四、多热源的可逆循环
可逆循环e-h-g-l-e的热效率
t
1q2' q1'
1 Sglemng Sehgnme
卡诺循环ABCDA的热效率
c
1q2 q1
1SCDmnC
这些正是卡诺定理要阐明的问题。
定理一：在两个不同温度的恒温热源之间工作的一切 可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关， 与采用哪一种工质也无关。
只要重物位能增加小于等于水 内能减少，不违反热力学第一 定律。
可见，功可以自发地转为热，而热不可能自发地转 为功。 耗散效应是造成过程不可逆的因素之一。
电流通过电阻，产生热量； 对电阻加热，电阻内产生反向电流？ 只要反向电能不大于加入热能，不违反热力学第一定律。
4、混合过程
可见，混合过程是在浓度差作用下进行的非准平衡 过程。 混合过程是不可逆过程。 非准平衡过程是造成过程不可逆的另一因素。
说明：
（1）自然过程中凡是能够独立地、无条件自动进行 的过程，称为自发过程。
（2）另一类不能独立地自动进行而需要外界帮助作 为补充条件的过程，称为非自发过程。
不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功 而不留下其他任何变化的热力发动机。
从热能转化为机械能的角度提出。
3、热力学第二定律还可以表述为：
第二类永动机是不存在的。
4、热力学第二定律的各种表述实质上是统一的，等 效的。
讨论：理想气体进行定温膨胀时，从单一热源吸入的 热量等于对外作出的功。 是否违反热力学第二定律？ qT wRgTlnvv12
（3）当T1=T2时，循环热效率为零。
（4）奠定了热力学第二定律的理论基础。
（5）为提高各种热动力机械的热效率指出了方向。
二、概括性卡诺循环
双热源间的极限回热循环由两个可逆定温过程， 以及两个同类型的其他可逆过程组成。
q1 T1sab
q2T2sdcT2sab
w n eq 1 t q 2 T 1 T 2 s ab
2、有限温差传热
只要Qin不大于Qout，并不违 反热力学第一定律。
可见，有限温差传热是在温度差作用下进行的非准 平衡过程。 有限温差传热是不可逆过程。
3、自由膨胀
可见，自由膨胀是在压力差作用下进行的非准平衡 过程。 自由膨胀是不可逆过程。
热力学第一定律说明了能量在传递和转化时的数 量关系,未能表明能量传递或转化时的方向、条件和 限度。
热力学第二定律就是解决与热现象有关的过程进行 的方向、条件和限度等问题的规律，其中最根本的是 方向问题。
5.1 热力学第二定律
一、自然过程的方向性 1、功热转化
重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？
第五章 热力学第二定律
The second law of thermodynamics
▪ 5.1热力学第二定律 ▪ 5.2卡诺循环与卡诺定理 ▪ 5.3状态参数熵的导出 ▪ 5.4热力学第二定律的数学表达式 ▪ 5.5不可逆过程分析 ▪ 5.6熵增原理
t 1q q1 21T T1 2c52
概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环相同。
利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法 称为回热。
三、逆向卡诺循环
定义：按与卡诺循环相同的路线而循反方向进行的 循环。
逆向卡诺制冷循环的制 冷系数为
cw qn 2et q1q 2q2T1T 2T2 53
注意：功和机械能是等价的，热能和机械能存在质的 差别。
5.2 卡诺循环与卡诺定理
一、卡诺循环 二、概括性卡诺循环 三、逆向卡诺循环 四、多热源的可逆循环 五、卡诺定理
一、卡诺循环
卡诺循环是工作于温度分别为T1和T2的两个热源 之间，并由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组 成的正向循环。
d-a为可逆绝热压缩；
a-b为可逆定温吸热；
b-c为可逆绝热膨胀；
c-d为可逆定温放热。
循环热效率为
t
wnet1q2
q1
q1
a
a-b、c-d是可逆定温过程，其热量计算式为
q1
RgT1
lnvb va
b
q2
RgT2
lnvc vd
c
b-c、d-a是绝热过程，其状态参数间的关系为
q 1'q 1,q 2'q 2 tc
结论：工作于两个热源间的一切可逆循环（包括卡诺 循环）的热效率高于相同温限间多热源的可逆循环。
五、卡诺定理
以理想气体为工质的卡诺循环和概括性卡诺循环的
热效率相同，同为
c
1 T2 T1
在两个热源间工作的一切可逆循环的热效率是否相 同？如果采用其他工质呢？不可逆循环的热效率又如 何？
（3）不可逆是自发过程的重要特征和属性。
能量转换方向性的实质是能质有差异
无限可转换能量——机械能和电能 部分可转换能量——热能 T T0 不可转换能量——环境介质的热力学能
能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—— 补偿过程，其总效果是总体能质降低。
Q 1Q 2 W net
代价
Q2
T1 T2
代价
Q2
T2 T1
W ne t Q 1Q 2
二、热力学第二定律的表述与实质
1、热力学第二定律的克劳修斯说法：
热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温 物。 从热量传递方向性的角度提出。
2、热力学第二定律的开尔文说法：