热力学第二定律PPTppt课件
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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(T2-T1) –
.
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
Baidu Nhomakorabea
1-T2 T1
结论:
QQ
1 2 0 TT
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）
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
温度 水位 化学位 …
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。
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。
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)
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
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。
物理化学
第三章 热力学第二定律
The Second Law of Thermodynamics
.
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。
.
❖ 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
.........
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 …
.
——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。
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。
.
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”。
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
-
nRT1ln
V V
B
A
V
-
nRT2ln
V
D C
,
nRT2ln
V V
D C
+
nCV,m(T1-T2)
由于VA和VD, VB和VC处于同一绝热线上,则
T1VA 1 T1VB 1
TT22VVCD 11
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
[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
.
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(T2-T1) –
.
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
Baidu Nhomakorabea
1-T2 T1
结论:
1 2 0 TT
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）
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
温度 水位 化学位 …
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。
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。
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)
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
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。
物理化学
第三章 热力学第二定律
The Second Law of Thermodynamics
.
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。
.
❖ 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
.........
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 …
.
——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。
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。
.
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”。
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
-
nRT1ln
V V
B
A
V
-
nRT2ln
V
D C
,
nRT2ln
V V
D C
+
nCV,m(T1-T2)
由于VA和VD, VB和VC处于同一绝热线上,则
T1VA 1 T1VB 1
TT22VVCD 11
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
[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。
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§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