热力学第二定律优秀课件

热机(heat engine)----利用工作介质，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。
（书本99页图）
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热力学第二定律
克劳修斯（Clausius）说法：“不可能把热从低温 物体传到高温物体，而不引起其它变化。”
开尔文（Kelvin）说法：“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。” 后来被 奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不 可能造成的”。
热力学第二定律优秀课件
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问题的提出
热力学第一定律主要解决能量转化及在转化过程 中各种能量具有的当量关系，但热力学第一定律无法 确定过程的方向和平衡点，这是被历史经验所证实的 结论。
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
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应也能自动进行，如众所周知的水煤气反应
C ( s ) + H 2 O ( g ) C O ( g ) + H 2 ( g )
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。 自发变化 在一定条件下，某种变化有自动发生 的趋势，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
(Tc )
热源吸热
Q' c
,而放
给高温
(Th )
热源 Q
' h
的热量
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卡诺热机在T1=750K的高温热源和T2=300K的 低温热源间工作，求： （1）热机效率η (2)当从高温热源吸热250KJ时，求系统对 环境所做的功以及向低温热源所放出的热
第二类永动机：是一种热机，它只是从单一热源吸热 使之完全变为功而不留下任何影响。
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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； 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.（如理想气体等温膨胀即是一例） 3.虽然第二类永动机并不违背能量守恒原则，但它 是不可能存在的。
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说明：
A、卡诺热机的效率只取决于高、低温热源的
温度；
B、若低温热源相同，高温热源的温度越高，
作功越多，热的品质越高；
C、卡诺循环的热温商之和等于零；
D、工作于相同的两个热源之间的热机，以卡
诺热机的效率为最高。（可逆过程，系统对
环境作最大功）
如果将卡诺机倒开,就变成了致冷机.这时环境
对体系做功W,体系从低温
所作功如BC曲线下的面积所示。
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过程3：等温(TC)可逆压缩由 p3V3 到 p4V4(CD)
U3 0
W3
n R Tc
ln V4 V3
Qc W3
环境对体系所作功如CD曲线下的面积所示
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过程4：绝热可逆压缩由 p 4V 4 T c 到 p1V 1Th(D A )
Q4 0
W4 U4
Th Tc
CV
,mdT
环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示。
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整个循环：
U 0
Q Qh Qc
Q h 是体系从高温热源所吸的热，为正值， Q c 是体系放给低温热源的热，为负值。
W W 1 W 3 ( W 2 和 W 4 对 消 ）
即ABCD曲线所围面积为 热机所作的功。
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•根据绝热可逆过程方程式
(4) 浓度不等的溶液混合均匀；（存在着浓差） (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等，（存在着化学势差）
它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复 原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。（后果不可消 除）
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自发过程的共同性质 表现在“一去不复返”，其后果
是体系复原后,环境不能完全复原，归结于热不能完全
转换系数，用 表示。 恒小于1。
W Qh Qc
Qh
Qh
(Qc 0)
或
ຫໍສະໝຸດ BaidunR
(Th
Tc
)
ln(V2 V1
)
n R Th
ln(V2 V1
)
Th Tc Th
1 Tc Th
1
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WQhQc ThTc
Qh
Qh
Th
1 Qc 1 Tc
Qc Qh
Qh
Th
Tc
Th
或： Qc Qh 0
Tc Th
即卡诺循环中，热温商之和等于零。
转化为功而不引起其它变化.
自发过程都有本身的推动力,有变化的限度。一切自发
过程皆具有明显的方向性，即总是单方向由不平衡状态
趋向于平衡状态，平衡状态是自发过程的限度。
自发过程造成对外作功能力的损失。自发过程借助于
适当的条件，可以对外作功。
通过研究证实：功可以全部转化为热，而热转化为功 则有着一定的限制。
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理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：
过程1：等温( T h ) 可逆膨胀由 p1V1到 p2V2(AB)
U1 0
W1
nRTh
ln V2 V1
Qh W1
所作功如AB曲线下的面积所示。
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过程2：绝热可逆膨胀由 p2V2Th 到 p3V3Tc(BC)
Q2 0
W2 U2 TThcCV,mdT
过程2： ThV21TcV31 过程4： ThV11TcV41
相除得 V 2 V 3
V1 V4
所 以W 1 W 3 n R T hln V V 1 2 n R T cln V V 3 4
nR(Th Tc)lnVV12
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热机效率
任何热机从高温 (Th ) 热源吸热 Q h ,一部分转化 为功W,另一部分Q c 传给低温 (Tc ) 热源.将热机所作 的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机
其特征在于过程中无须外力干预即能自动进行。 自发变化的共同特征—不可逆性（即一去不复
还）,任何自发变化的逆过程是不能自发进行的。
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§3.1 热力学第二定律 自发过程
例如： (1) 水往低处流；（有势差存在） (2) 气体向真空膨胀；（有压力差存在） (3) 热量从高温物体传入低温物体；（有温差存在）
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§3 .2卡诺循环与卡诺定理（书本101页）
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( T h ) 吸 收的热量 Q h ，一部分通过理 想热机用来对外做功W，另一 部分Q c 的热量放给低温( T c ) 热 源,称为卡诺循环。