物理化学沈文霞版热力学第二定律总结(含详细讲解和题型方法归纳讲解)
《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件
例一：理想气体自由膨胀
原过程：Q=0，W=0，U=0， H=0
p2，V2
体系从T1，p1，V1 T2， 气体
真空
复原过程：
复原体系，恒温可逆压缩
WR
RT1
ln
V2 ,m V1,m
环境对体系做功
保持U=0，体系给环境放热，而且 QR=-WR
表明当体系复原时，在环境中有W的功变为Q的热，因 此环境能否复原，即理想气体自由膨胀能否成为可逆 过程，取决于热能否全部转化为功，而不引起任何其 他变化。
它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统 恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
•化学反应 Zn+H2SO4等？
如图是一个典型的自发过程
小球
小球能量的变化：
热能
重力势能转变为动能,动能转化为热能，热传递给地面和小球。
最后,小球失去势能, 静止地停留在地面。此过程是不可逆转的。 或逆转的几率几乎为零。
能量转化守恒定律(热力学第一定律)的提出,根本上宣布 第一类永动机是不能造出的,它只说明了能量的守恒与转化及 在转化过程中各种能量之间的相互关系, 但不违背热力学第一 定律的过程是否就能发生呢？（同学们可以举很多实例）
热力学第一定律（热化学）告诉我们，在一定温度 下，化学反应H2和O2变成H2O的过程的能量变化可用U（或H） 来表示。
热力学第二定律(the second law of thermodynamics)将解答：
化学变化及自然界发生的一切过程进行 的方向及其限度
第二定律是决定自然界发展方向的根本 规律
学习思路
基本路线与讨论热力学第一定律相似， 先从人们在大量实验中的经验得出热力学第 二定律，建立几个热力学函数S、G、A，再 用其改变量判断过程的方向与限度。
物理化学-第三章热力学第二定律
300 K，则该热机的最高效率是？
解： T1 T2 0.625
T1
2021/5/27
冷冻系数P91
2021/5/27
Qc Tc
W Th Tc
冷冻系数表示每施一个单位的功 于制冷机从低温热源中所吸收热 的单位数。（卡诺热机倒开）
3.4 熵的概念
3.5 Clausius 不等式与熵增加原理
卡诺定理： ηr ηir
<不可逆循环 = 可逆循环
对于任何不可逆循环，则有
i
Qi
Ti
I
<
0
1.克劳修斯不等式……热力学第二定律的数学表达式
证明：不可逆过程，热温商总是比可逆过程小。
设有一不可逆循环如图
则有
i
Q
T
AB,I
i
Q
T
BA,R
恒压过程；（2）恒容过程到达平衡态时的Q,S， Siso
1mol
1mol
T1=300K
dV=0
T2=1000K
P1=100 kPa
P2=?
CV.m CP.m R
T2
QV T1 nCV .mdT
S T 2 nCV .m dT
T1 T
Siso Ssys Samb
Samb
QV Tamb
❖ 4.理想气体PVT变化过程熵变的计算
Qr
QV
nCV.mdT,dS
Qr T
S T 2 nCv.m dT
T1 T
Qp dH nCp.mdT
恒压过程：
Qr
Qp
nCp.mdT, dS
Qr T
S T 2 nCp.m dT
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）ηη≤ηη （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：ηηηη+ηηηη=η 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ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η（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。
3.4 热力学第二定律(解析版)
第4节热力学第二定律【知识梳理与方法突破】1.热力学第二定律的理解（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。
要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。
电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
（2）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。
如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。
而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能热量的传递热量可以从高温物体自发地传到低温物体说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础3.能量耗散的理解（1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
热力学第二定律 概念及公式总结教学总结
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。
物理热力学第二定律知识点整理归纳
物理热力学第二定律知识点整理归纳物理热力学第二定律知识点整理归纳物理是高中生学好高中的重要组成部分，学好直接影响着高中三年的成绩。
下面是店铺收集整理的物理热力学第二定律知识点整理归纳，希望大家喜欢！一、热力学第二定律建立的历史过程19世纪初，巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。
热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下，逐步被发现的，并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。
1824年，法国陆军工程师卡诺在他发表的论文论火的动力中提出了著名的卡诺定理，找到了提高热机效率的根本途径。
但卡诺在当时是采用热质说的错误观点来研究问题的。
从1840年到1847年间，在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下，热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。
热动说的正确观点也普遍为人们所接受。
1848年，开尔文爵士（威廉汤姆生）根据卡诺定理，建立了热力学温标（绝对温标）。
它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性，从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。
这些为热力学第二定律的建立准备了条件。
1850年，克劳修斯从热动说出发重新审查了卡诺的工作，考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实，得出了热力学第二定律的初次表述。
后来历经多次简练和修改，逐渐演变为现行物理教科书中公认的克劳修斯表述。
与此同时，开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述，后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的开尔文表述。
上述对热力学第二定律的两种表述是等价的，由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。
二、热力学第二定律的实质1、可逆过程与不可逆过程一个热力学系统，从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态。
若存在另一过程，能使系统与外界完全复原（即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对外界的一切影响），则原来的过程称为可逆过程。
物理化学热力学第二定律重点归纳
一、内容提要：热力学第二定律是在研究热功转化的效率的过程中发展和建立起来的。
热力学第二定律的主要任务，是解决过程的方向和限度问题，为了解决这个问题，本章首先从常见的自发过程入手，发现自发变化过程都有一定的方向和限度，而自发过程能否成为可逆过程的问题又可归结到热是否能够全部转换为功而不引起其他变化（结论是不能）的问题，从而得出自发过程的共同特征—不可逆性，根据自发变化的这一规律性引出了热力学第二定律的经验叙述。
然后通过研究热功转化的理想循环—卡诺循环、归纳出卡诺定理，解决了热功转换的最大效率问题；得出卡诺循环的热温商之和为零，然后将卡诺循环的这个特点推广到任意的可逆循环从而得到了热力学第二定律的基本状态函数—熵，再通过可逆循环和不可逆循环过程的热温商的推导，得出熵变的计算方法以及熵变与过程的热温商之和之间的关系，从而得出了热力学第二定律的数学表达式—克劳修斯不等式和熵增原理，将熵增原理应用于孤立系统因而得出了熵判据，根据熵判据，我们可以判断所有过程的方向和限度（或者平衡条件）。
(一) 自发过程的共同特征——不可逆性，且都可以归结到热功交换的不可逆性。
(二) 热力学第二定律表述：1、Clausius 说法：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
这一说法揭示了热量传递的不可逆性2、Kelvin 说法：不可能从单一热源取热，使之完全转变为功而不发生其它变化，这一说法揭示了热功交换的不可逆性。
Kelvin 的另一说法：第二类永动机是不可能制成的。
人们在研究热功转化规律的基础上，抓住了事物的共性，提出了具有普遍意义的熵函数，根据熵函数和由此导出的另两个状态函数—亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能，可以较简便的解决化学反应的方向和限度问题。
这就是热力学第二定律的重要作用和目的。
(三)卡诺循环结论:h l h l 0Q Q T T += （由此结论得出了得到了热力学第二定律的基本状态函数-熵）(四)卡诺定律：IR R ηη<，热力学第二定律证明，工作于同温热源与同温冷源之间的所有热机，可逆热机的效率最大。
物理化学 第三章 热力学第二定律课件
第三章 热力学第二定律§3.1 热力学第二定律1.自发过程自发过程：在自然条件下，能够发生的过程，称为自发过程。
自发过程的逆过程称为非自发过程。
所谓自然条件，是指不需要人为加入功的过程。
例如：(1) 热量从高温物体传入低温物体； (2)气体向真空膨胀；(3)锌片与硫酸铜的置换反应等，。
说明：自发过程是热力学中的不可逆过程，这是自发过程长的共同特征。
自发过程的逆过程都不能自动进行，自发过程的逆向必须消耗功。
2.热、功转换任何热机从高温1T 热源吸热1Q ,一部分转化为功W ,另一部分2Q 传给低温2T 热源。
将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用η表示。
恒小于1。
即1W Q η-=若热机不向低温热源散热，20Q =，此时热机效率可达到100%，将所吸收的热全部变为功，实践证明这样的机器永远造不成。
人们将这种从单一热源吸热全部用来对外作功的机器，称为第二永动机。
2.热力学第二定律克劳修斯（Clausius ）的说法：“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 ）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化。
”克劳修斯和开尔文的说法都是指某一件事情是“不可能”的，即指出某种自发过程的逆过程是不能自动进行的。
克劳修斯的说法是指明热传导的不可逆性，开尔文的说法是指明功转变为热的过程的不可逆性，这两种说法实际上是等效的。
热力学第二定律和热力第一定律一样，是建立在无数事实的基础上，是人类经验的总结。
它不能从其它更普遍的定律推导出来。
§3.2 卡诺循环与卡诺定理1.卡诺循环（Carnot cycle ）卡诺循环：由恒温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、恒温可逆压缩、绝热可逆压缩四个可逆步骤组成的循环过程。
以理想气体为工作物质，从高温T 1热源吸收Q 1的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W ，另一部分的热量Q 2放给低温T 2热源。
大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参考答案第2章.
第二章 热力学第一定律一．基本要求1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。
2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的, , Q W U ∆和H ∆的值。
3．了解为什么要定义焓，记住公式, V p U Q H Q ∆=∆=的适用条件。
4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，, , , U H W Q ∆∆的计算。
5．掌握等压热p Q 与等容热V Q 之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握r m U ∆与r m H ∆之间的关系。
6．了解Hess 定律的含义和应用，学会用Kirchhoff 定律计算不同温度下的反应摩尔焓变。
二．把握学习要点的建议学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。
热力学第一定律解决了在恒定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一些基本概念。
这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。
例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。
功和热的计算一定要与变化的过程联系在一起。
譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨”是一个与过程联系的名词。
在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。
功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递的过程相联系。
在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。
传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变为另一种形式。
物理化学热力学第二定律课件
为了解决环境问题，需要采取节能减排措施，提高能源利 用效率，减少能量耗散和损失。同时，需要推动可持续发 展战略，实现经济发展和环境保护的良性循环。
03
热力学第二定律在环保技术中的应用
热力学第二定律在环保技术中有着广泛的应用，例如在热 力发电、制冷、空调、汽车节能等领域。通过合理利用和 回收能源，可以有效降低能量耗散和损失，提高能源利用 效率，从而减少对环境的负面影响。
热力学第二定律
孤立系统的总熵不会减少，即自然发生的反应总是向着熵增加的 方向进行。
熵与热力学第二定律的关系
热力学第二定律表明孤立系统的总熵总是增加的，即系统总是向着 更加无序和混乱的状态发展。
统计意义
熵的增加反映了自然界的不可逆过程和自发的变化方向，是自然界 的基本规律之一。
06 热力学第二定律的局限性 与发展
非平衡态热力学的提出
01
为了解决热力学第二定律的局限性热力学的应用
02
非平衡态热力学可以描述系统在非平衡态下的性质和行为，为
研究复杂系统提供了有力工具。
非平衡态热力学的挑战
03
非平衡态热力学的理论体系尚不完善，仍需进一步发展和验证
。
理想热机与实际热机的效率
理想热机是指没有能量耗散和损失的热机，其效率可以达到百分之百。然而在实际应用中 ，由于各种原因（如摩擦、不完全燃烧等），实际热机的效率总是低于理想热机的效率。
提高热机效率的方法
为了提高热机效率，可以采取多种方法，例如改善燃烧过程、减少摩擦和内部泄露、回收 和利用余热等。这些方法可以有效降低能量耗散和损失，从而提高热机的转换效率。
系统无序程度的量度。
热力学概率与自发过程的关系
自发过程总是向着热力学概率增加的方向进行，即向着更 加无序的方向发展。这也是热力学第二定律的实质。
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：起始的商（数值上相等）：终态的熵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。
物理化学1.3第二章热力学第二定律
热力学的应用领域
能源转换
热力学在能源转换领域中有着广 泛的应用，如火力发电、核能发 电和太阳能发电等，涉及到热能 与其他形式的能量之间的转换。
化工生产
在化工生产过程中，热力学是必 不可少的理论基础，涉及到化学 反应过程中的热量传递和物质传
递等。
环境保护
热力学在环境保护领域中也有着 重要的应用，如烟气治理、污水 处理和大气污染控制等，涉及到
物理化学1.3第二章热力学 第二定律
目录
• 热力学第二定律的表述 • 热力学第二定律的推论 • 热力学第二定律的应用 • 热力学第二定律的微观解释 • 热力学第二定律的局限性与发展
01
热力学第二定律的表述
热力学第二定律的定义
热力学第二定律定义
热力学第二定律是描述热力系统变化方向的自然规律，它指 出在没有外界影响的情况下，自发反应总是向着能量降低的 方向进行。
熵增原理
熵增原理
熵是描述系统混乱度的物理量，根据热力学第二定律，封闭系统的熵总是增加 的，即系统总是向着更加混乱无序的方向发展。
熵与自然过程
熵增原理解释了自然过程中许多现象，例如热量自发地从高温流向低温，而不 是相反。这是因为高温物体向低温物体传递热量时，系统的熵会增加。
热力学第三定律
绝对零度不能达到
这意味着，熵与信息存在着对立的关系，即熵的增加意味着信息的减少。
在通信过程中，信息传递是有序的过程，需要消耗一定的能量和资源。 而熵的增加则意味着能量的耗散和分散，这会对通信过程产生干扰和影 响。
05
热力学第二定律的局限性与 发展
热力学第二定律的局限性
01
02
03
宏观描述
热力学第二定律主要从宏 观角度描述系统的热力学 性质，无法揭示微观分子 行为和相互作用。
物理学热力学第二定律知识点总结
物理学热力学第二定律知识点总结热力学第二定律是热力学的重要定律之一，它对于理解热现象和能量转化过程具有关键意义。
接下来，让我们深入探讨这一定律的相关知识点。
一、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述方式，其中比较常见的有克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
这意味着，如果没有外界的干预，热传递只会从高温物体流向低温物体，而不会出现相反的情况。
例如，在一个寒冷的房间里放置一杯热水，热水会逐渐冷却，热量会传递给周围的冷空气，而不会出现周围的冷空气自动升温，热水变得更热的现象。
开尔文表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
换句话说，第二类永动机是不可能制成的。
所谓第二类永动机，是指一种能够从单一热源吸热，并将其全部转化为功而不引起其他变化的机器。
但根据热力学第二定律，这种机器无法存在。
二、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看，热力学第二定律反映了大量分子热运动的无序性。
在任何自发的过程中，系统的熵总是增加的。
熵是用来描述系统混乱程度或无序程度的热力学概念。
当一个系统从有序状态向无序状态转变时，熵会增加。
例如，气体的自由膨胀就是一个熵增加的过程。
原本被限制在一定空间内的气体，当限制被解除后，气体会自发地扩散到更大的空间中，分子的分布变得更加无序，熵也就增加了。
三、热力学第二定律与热机效率热机是将热能转化为机械能的装置。
然而，由于热力学第二定律的限制，热机的效率永远不可能达到 100%。
以理想的卡诺热机为例，其效率取决于高温热源和低温热源的温度差。
卡诺热机的效率公式为：η ＝ 1 T2/T1，其中 T1 是高温热源的温度，T2 是低温热源的温度。
即使是在最理想的情况下，热机也无法将从高温热源吸收的全部热量都转化为有用功，总有一部分热量要排放到低温热源中，这是由热力学第二定律所决定的。
四、热力学第二定律与能源利用热力学第二定律对能源的合理利用和开发具有重要的指导意义。
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。
物理化学热力学第二定律总结
热力学第二定律1.热力学第二定律：通过热功转换的限制来研究过程进行的方向和限度。
2.热力学第二定律文字表述：第二类永动机是不可能造成的。
（从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。
）3.热力学第二定律的本质: 一切自发过程，总的结果都是向混乱度增加的方向进行(a. 热与功转换的不可逆性; b.气体混合过程的不可逆性; c.热传导过程的不可逆性)4.热力学第二定律的数学表达式：Clausius 不等式5.卡诺循环→热机效率（即：热转化为功的限度有多大？）→卡诺定理（所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆机，即可逆机的效率最大。
）→从卡诺循环得到结论：热效应与温度商值的加和等于零。
→任意可逆循环热温商的加和等于零→熵的引出→熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量→Clausius 不等式：d QS Tδ≥→熵增加原理（熵增加原理）→把与体系密切相关的环境也包括在一起，用来判断过程的自发性（∆S iso ＝∆S （体系）＋∆S （环境）≥0）：“>” 号为自发过程；“=” 号为可逆过程） 6.等温过程的熵变：（1）理想气体等温变化:∆S ＝nRln(V 2/V 1)＝nRln(P 1/P 2);(2)等温等压可逆相变（若是不可逆相变，应设计可逆过程）: ∆S(相变)＝∆H (相变)/T(相变)；（3）理想气体（或理想溶液）的等温混合过程：∆S ＝－R ∑n B lnx B 7. 变温过程的熵变:(1)等容变温:⎰=∆21d m ,T TV TTnC S(2)等压变温:(3):8.标准压力下，求反应温度T 时的熵变值:9.用熵作为判据时，体系必须是孤立体系，也就是说必须同时考虑体系和环境的熵变，这很不方便→有必要引入新的热力学函数，利用体系自身状态函数的变化，来判断自发变化的方向和限度。
因此引入新的函数：亥姆霍兹函数A=U-TS 与吉布斯函数G=H-TS 。
10.等温、可逆过程中，体系对外所作的最大功等于体系亥姆霍兹函数的减少值；自发变化总是朝着亥姆霍兹函数减少的方向进行。
热力学第二定律总结
第三章 热力学第二定律总结核心内容：不可逆或自发021<>-+=∆+∆=∆⎰amb ramb iso T Q TQ S S S δ 可逆或平衡 不可能对于恒T 、V 、W ˊ=0过程：不可逆或自发0)(0,,><∆-∆=-∆==∆'ST U TS U A W V T 可逆或平衡 反向自发对于恒T 、p 、W ˊ=0过程：不可逆或自发0)(0,,><∆-∆=-∆=∆='ST H TS H G W p T 可逆或平衡 反向自发主要内容：三种过程（单纯pVT 变化、相变、化学反应）W 、Q 、ΔU 、ΔH 、△S 、△A 、△G 的计算及过程方向的判断。
一、内容提要1、热力学第二定律的数学形式不可逆或自发⎰<>∆21TQS δ 可逆或平衡 不可能上式是判断过程方向的一般熵判据。
将系统与环境一起考虑，构成隔离系统则上式变为：不可逆或自发021<>-+=∆+∆=∆⎰amb ramb iso T Q TQ S S S δ 可逆或平衡 不可能上式称为实用熵判据。
在应用此判据判断过程的方向时，需同时考虑系统和环境的熵变。
将上式应用于恒T 、V 、W ˊ=0或恒T 、p 、W ˊ=0过程有：不可逆或自发0)(0,,><∆-∆=-∆==∆'ST U TS U A W V T 可逆或平衡 反向自发此式称为亥姆霍兹函数判据。
不可逆或自发0)(0,,><∆-∆=-∆=∆='ST H TS H G W p T 可逆或平衡 反向自发此式称为吉布斯函数判据。
熵判据需同时考虑系统和环境，而亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据只需考虑系统本身。
熵判据是万能判据，而亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据则是条件判据（只有满足下角标条件时才能应用）。
此外，关于亥姆霍兹函数和吉布斯函数，还有如下关系：r T W A =∆ r V T W A '=∆, r p T W G '=∆,即恒温可逆过程系统的亥姆霍兹函数变化等于过程的可逆功；恒温恒容可逆过程系统的亥姆霍兹函数变化等于过程的可逆非体积功；恒温恒压可逆过程系统的吉布斯函数变化等于过程的可逆非体积功。
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②恒压变温过程
S
T2
Q p
T
T1
T2
nC p ,m dT T
T1
nC p ,m ln
T2 T1
③恒温过程
理想气体恒温过程，因△U＝0，Q =－W
Qr V2 p2 S nR ln nR ln T V1 p1
（2）理想气体pVT同时变化的过程
理想气体pVT可逆变化，可逆热为
故应该为：
I r
因为
I r
Q1 Q2 Q2 又因为 I 1 Q1 Q1
r
所以
Q1 Q2 T1 T2 T 1 2 Q1 T1 T1
Q2 T 2 Q1 T1
即：
式中T1，T2为高、低温热源的温度。可逆时等于系统的温度。 对于无限小的循环为： 对于任意循环 2．卡诺定理的推论
在高温、低温两热源间工作的所有可逆热机，其效率必然相等，与工 作介质及其变化的类型无关。
3．熵 设有任意可逆循环，以许多绝热可逆线和恒温可逆线将该可逆循环分割成 许多小卡诺循环。 两个相邻的小卡诺循环之间的绝热 可逆线。由于重叠部分相互抵消，这些 小卡诺循环的总和形成了沿着该任意可 逆循环曲线的封闭折线。 当无限小的卡诺循环无限多时，折 线经历的过程和曲线经历的过程相同 因此，任何一个可逆循环，均可用 无限多个无限小的卡诺循环之和代替。 由于每一个小卡诺循环的热温商之和 应等于零。于是有
T2 V nR ln 2 T1 V1 V2 p1T2 V1 p2T1 T pT S nCv ,m ln 2 nR ln 1 2 T1 p2T1 T T p T p nCv ,m ln 2 nR ln 2 nR ln 1 n(Cv ,m R) ln 2 nR ln 1 T1 T1 p2 T1 p2
给高温Tb热源 Qh的热量
例题：冬季利用热泵从室外0℃吸热，向室内18℃放热。若每 分钟用100KJ的功开动热泵，试估计热泵每分钟最多能向室 内供热若干？
W T2 T1 Q1 T1
WT1 100 (18 273.15) Q1 KJ T1 T2 18 0 1617.5KJ
当环境与系统交换了一定的热以后，环境的状态发生了极其微小的 变化——可逆变化
当m很大时，
此式表明，环境的熵变等于环境吸收的热与环境热力学温度之比
2．凝聚态物质变温过程熵变的计算
恒压变温过程： 若变温过程中，压力改变不大，亦可近似适用。 因此，凝聚态物质变温过程熵变的计算式通常可表示为：
适用条件：恒压变温过程，压力改变不大的变温过程。
即同样始末态间，可逆过程的热温商大于不可逆过程的热温商
可得：
微分式：
称为克劳修斯不等式
克劳修斯不等式表明：不可逆过程的熵变大于不可逆过程的热温商
6、熵判据——熵增原理 （1）熵增原理 在绝热情况下（或隔离系统）
Q 0
dS 0
“=” 绝热可逆过程， “>” 绝热不可逆过程
熵增原理：系统发生不可逆过程时，其熵值增大；系统发生可逆过程 时，其熵值不变；不可能发生熵值减小的过程。
（2）熵判据 对于隔离系统 ，只能发生熵增过程，而不可能发生熵减的过程
式中下角标iso，sys，amb分别代表隔离系统、系统及环境
§3.4 单纯 p VT变化熵变的计算 熵是状态函数，可由可逆热温商来计算：
当过程不可逆进行时，应假设一可逆途径，用此途径的可逆热温商代入计算。 1．环境熵变的计算 若环境由大量不发生相变化和化学变化的物质所构成，其质量为m， 质量热容为c（不随温度变化）， 系统放热（－Qsys）= 环境吸收热（Qamb） 环境温度由Tamb变到T′amb 可解得环境末态温度为： 则：
计算结果表明：用电能驱动热泵，可得到16倍电能的热， 而通电予电炉却只能得到与电能等量的热
§3.2
热力学第二定律
1、自发过程举例 （1）自发过程 在自然条件下，能够发生的过程。 （2）自发过程的特点 ①自发过程有一定的方向性 ◐高温物体向低温物体的传热过程(T1>T2)
◐高压气体向低压气体的扩散过程 (p1>p2)
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
例如 298.15K，101.325KPa下：
1 H 2 O2 H 2O 2
热力学第一定律只能说明：
r H m 285.9 KJ mol 1
1 H 2O H 2 O2 2
W QI
W W QI QR
QR
假设热机I 的效率大于热机R I r 或
即
QR QI
▲现把两热机联合起来，用热机I带动热机R， 并使R逆向运转，这时卡诺机将变成致冷机。
※此时卡诺热机R 所需的功由热机I 供给 ※卡诺热机R从低温热源吸收（QR－W）热， 并放热QR的热量到高温热源 ▲整个复合机循环一周后，
相加得
在极限情况下 表明：任意可逆循环的热温商之和为零
按积分定理，若沿封闭曲线的环积分为零，则所积变量应当是某一函数 的全微分。 说明δQr／T具有状态函数的特征， 以S代表此状态函数，并称之为熵，即 从状态1到状态2之间的熵变则为 ： 4．熵的物理意义
熵是量度系统无序度的函数。
◐热机效率
◐卡诺定理
S nCv ,m ln
S 可逆 S 不可逆
适用范围 ※理想气体，封闭 系 统 ， CV.m，Cp.m 为常数的pVT变化 ※还适用于组成不 变的理想气体混合 物混合物
T2 p nR ln 2 T1 p1 T2 V2 p2 T1 V1 p1 V p p V p p S nC p ,m ln 2 2 nR ln 2 nC p ,m ln 2 nC p ,m ln 2 nR ln 2 V1 p1 p1 V1 p1 p1 V p S nC p ,m ln 2 nCV ,m ln 2 V1 p1
r H m 285.9 KJ mol 1
第三章 热力学第二定律 §3.1 卡诺循环
1、热机和热机效率 （1）热机 把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。 （2）热机效率 将在一次循环中，热机对环境所作的功－W 与其从高温热源吸收的热Q之比称为热机效率。
T2 T1
◐理想气体恒温过程 ◐理想气体pVT同时变化的过程
Qr V p nR ln 2 nR ln 2 T V1 p1
T2 V nR ln 2 T1 V1
S nCv ,m ln
§3．6
热力学第三定律和化学变化过程熵变的计算
1．能斯特热定理 凝聚系统在恒温化学变化过程的熵变随着温度趋于0K而趋于零
用公式表示为:
或
S*m（B，T）代表任一纯物质B在 温度T时的摩尔熵S*m。
S*m（B，0K）代表该纯物质在 0K时的摩尔S*m。
nRT1 ln V2 V (nRT2 ln 4 ) V1 V3
据理想气体绝热可逆过程
W nRT1 ln V2 V ( nRT2 ln 2 ) V1 V1 V2 Q1 Q2 V1
W nR(T1 T2 ) ln
◐卡诺热机的效率
W Q1 Q2 Q1 Q1
2、卡诺循环
W Q
卡诺设想了一理想的热机，以气缸中的 理想气体为工质，经过四个可逆步骤构成一 个循环。
（1）恒温可逆膨胀
U1 0
（2）绝热可逆膨胀
（3）恒温可逆压缩 （四个过程所做的总功为
W W1 W W2 W W1 W2 (Q1 ) (Q2 )
nR(T1 T2 ) ln nRT1 ln V2 V1
V2 V1
W T1 T2 Q1 T1
①可卡诺循环的热机效率只取决于高、低温热源的温度 ②
W Q1 Q2 T1 T2 Q1 Q1 T1
Q2 T2 1 1 Q1 T1
Q1 Q 2 T1 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
◐溶质自高浓度向低浓度的扩散过程(c1>c2) ◐锌与硫酸铜溶液的化学反应
自发过程
②自发过程逆向进行必须消耗功
③自发过程有一定的限度——平衡状态 热传导： △T=0时，达平衡
扩
散：
△P=0时，达平衡
化学反应： 一定温度时也达平衡 ④自发过程有一定的物理量判断变化的方向和限度 水流的判据： 水位 限度：△h=0 限度：△T=0 限度：△p=0
即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零
由卡诺循环得到如下结论
①高温热源T1的热部分转化为功，其余部分流向低温T2 ②
W T1 T2 Q1 T1
W Q1 (1
T2 ) T1
T2一定时， T1愈高，则一定量的Q1所能产生的 功就愈大 ③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TC热源吸热QC,而放
W Q
在高低温两个热源间工作的所有热机中，以可逆热机（即卡诺热 机）的热机效率为最大。 ◐热力学第二定律
◎克劳修斯说法： 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响
◎开 尔 文 说 法： 不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产 生其它影响 ◐熵变
5 、克劳修斯不等式 ◐由卡诺定理可知 , 对于任意循环过程， ◐令可逆途径逆向进行，使之与不可逆途径构成循环。整个不可逆 循环过程： Q T 对于可逆途径，热温商是状态函数，则：
S nC p ,m ln
T1=300K V1=10dm3
恒温可逆压缩
T2=300K
V2=1dm3
绝热可逆膨胀
T3=？
V1=10dm3
2mol气体B VB 00C 100kPa