物理化学第三章热力学第二定律资料

2020/10/7
1796---1832
Carnot N．L．S 法国工程师
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§3.２-1卡诺循环（Carnot cycle）
• 卡诺热机以理想气体为工质，
p
经过以下四个可逆步骤构成
T1
Q1
B(p2,V2,T1)
一个循环（卡诺循环）。 • A B，恒温可逆膨胀； • B C，绝热可逆膨胀；
关？
从高温热源吸热Q1>0 、向低 温热源放热Q2<0并对环境作功 W<0的循环操作的机器。
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§3.２-1卡诺循环（Carnot cycle）
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。
def W
说明：
Q1
第二类永动机的效率：
=-W/Q=100%
nRTh
ln
V2 V1
Qh W1
p
A(p1,V1,Th )
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§3.1-2 热力学第二定律
克劳修斯（Clausius，1850）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。”
致冷机 可使热量从低温物体传给高温物体, 但是在环境消耗了电能 的条件下进行的。
开尔文（Kelvin，1851）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。”
理想气体恒温可逆膨胀, 系统从单一热源吸的热全转变为对环境作 的功, 但系统的状态发生了变化 (膨胀了)。
奥斯特瓦德(Ostward)：第二类永动机永不可能造成。
第二类永动机：从单一热源吸热而不断做功的机器。
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克劳修斯 （1822 -1888），德国 物理学家和数学家。
开尔文（1824-1907）英 国物理学家、发明家。
遵循第一定律的过程能否一定实现?
Q
例1：高温物体（T2)→ 低温物体（T1)
例2：H2(g) +1/2O2(g)
298.15K P=105Pa
H2O (l)
H
r
(298
.15
K
)
285
.83k
J
•
mol
1
例3：Zn + CuSO4(aq)→Cu + Zn SO4(aq）
H
r
(298
.15
K
)
216
热力学第二定律和热力学第一定律一样，可靠性是 毋庸置疑的。但要注意，第二定律认为不可能进行 的过程就肯定是不可能的，但它认为可能进行的过 程还要受到速度的限制。
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§3.1自发过程及热力学第二定律
1、自发过程的特征 2 、热力学第二定律
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§3.1-1 自发过程的特征
➢ ①热机效率量纲为一。
➢ ②由于不能将吸进的热全部转变为功，因此〈1。
➢ 为了提高热机效率，卡诺设想出一个理想可逆循环卡诺循环，工作介质为理想气体。
23.２-1卡诺循环（Carnot cycle）
1824 年，法国工程师 N.L.S.Carnot 提出了一种工 作在两个热源之间的理想热 机，即卡诺热机。
.81k
J
•
mol
1
在相同的条件下，该过程的逆过程是否可能发
生呢？？
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第三章--热力学第二定律
第一定律指出变化中的能量效应，无法指出过程的 方向性，实际上，世界上一切事物变化都具有方向 性的，而且都可用一定的物理量来判断。热力学第 二定律将会告诉我们判断事物变化过程进行的方向 与限度的方法。
Q2
T2
• C D， 恒温可逆压缩； • D A， 绝热可逆压缩
O
V
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§3.２-1卡诺循环（Carnot cycle）
工作物质： 1mol 理想气体
在p~V 图上可以分为四步： 过程1：恒温可逆膨胀 A( p1,V1,Th ) B( p2,V2,Th )
U1 0
W1
自发过程：在一定条件下，不需外力推动，任其自然 就能自动发生的过程。 自发过程举例 ： ①水自动由高处地向低处流动，直到水位相等 ②气体自动从高压向低压扩散 ，直到压力相等 ③热自动由高温物体传给低温物体。直到温度相等 ④氢气与氧气化合生成水 共同特征：单向、不可逆、具有对环境做功的能力。
非自发过程：需要加入外力才能进行的过程。
思考1：自发过程一定是不可逆的，所以不可逆过程 一定是自发的。这说法对吗？
答： 前半句是对的，后半句却错了。因为不可逆过 程不一定是自发的，如不可逆压缩过程。
思考2：空调、冰箱不是可以把热从低温热源吸出、 放给高温热源吗，这是否与第二定律矛盾呢？
答： 不矛盾。Claususe说的是“不可能把热从低温物 体传到高温物体，而不引起其他变化”。而冷冻机系 列，环境作了电功，却得到了热。热变为功是个不可 逆过程，所以环境发生了变化。
克氏和开氏对热二的说法，可得出两个重要结果： 均指出过程的方向性；
自发传热
高温物体（Th）非自发传热 低温物体（Tc） 功可以完全变成热，而热不能完全变成功。
建立普遍适用的判断过程方向和限度的判据。
热力学第二定律是人类经验的总结，违反第二定律 的试验只能以失败而告终。
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§3.1-2 热力学第二定律
第三章--热力学第二定律
§3－1 自发过程及热力学第二定律 §3－2卡诺循环 §3－3 熵 §3－4 熵变的计算 §3－5热力学第三定律与化学反应熵变的计算 §3－6亥姆霍兹函数和吉布斯函数 §3－7热力学基本方程
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第三章--热力学第二定律
热力学第一定律（能量转化守恒定律） →第一类永动机是不可能制成的.
奥斯特瓦尔德 （1853-1932），德国物 理化学家。
/view/69337.htm /wiki/开尔文 /wiki/奥斯特瓦德
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§3.1-2 热力学第二定律
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§3.２卡诺循环（Carnot cycle）
热二指出：热不能无条件 地全部转化为功！
高温热源 (T1) Q1>0
问 题： 1、热转变为功的最高限度 是多少？ 2、热能全部转化为功吗？
Q2<0
W<0
低温热源(T2)
图3-1 热转化为功的限度
3、热功转换与什么因素有 热机:(蒸汽机或内燃机)通过工质