第三章 热力学第二定律
第 三 章 热力学第二定律
热力学第一定律:能量守恒 局限性:无法确定过程的方向和限度 内容方向限度特点共同因素 热传导1-T24T=0自发T 气体扩散P1一P2|4=0发P 水流|1-h2Lh=0自发第二定律 电流1-4=0自发U需解决的 化学反应? ?中心课题
热力学第一定律：能量守恒 局限性： 无法确定过程的方向和限度 内 容 热传导 气体扩散 水 流 电 流 化学反应 方 向 T1 T2 h1 h2 p1 p2 U1 U2 ？ 限 度 T =0 p= 0 h= 0 U= 0 ？ 特点 自发 自发 自发 自发 T p h U 共同因素 ？ 第二定律 需解决的 ? 中心课题
热力学第二定律任务 1.研究热功转化的规律; 2.判断过程自发进行的方向 3.确定自发过程最终的平衡状态。 推测其数学表达式:不等式 §3-1卡诺循环 热机:通过工质(如气缸中的气体) 不断将热转化为功的机器。 热机效率:n
热力学第二定律任务： 1. 研究热功转化的规律； 2. 判断过程自发进行的方向； 3. 确定自发过程最终的平衡状态。 推测其数学表达式：不等式 §3-1 卡 诺 循 环 热机： Q1 W 热机效率： = − 通过工质（如气缸中的气体）， 不断将热转化为功的机器
卡诺循环系统=工质—理想气体 1系统复原 1.恒温可逆膨胀 P △U=0Q1=-W12 Q=0 Q(Q=02.绝热可逆膨胀 △U=W 2-3 2 nCTm(T2-T1 3.恒温可逆压缩: △U=0 o2 3-4 4.绝热可逆压缩: △U=W41 nCkmTi-n2)
p V T1 Q= 0 1 1. 恒温可逆膨胀 卡诺循环： 工质 理想气体 U = 0 Q1 = -W1-2 2 2. 绝热可逆膨胀 U = W2-3 T2 Q2 3 3. 恒温可逆压缩: U = 0 Q2 = -W3-4 Q= 0 4 4. 绝热可逆压缩: 系统复原 = nCV,m(T2 -T1 ) U = W4-1 = nCV,m(T1 -T2 ) 系统 =
1→2g1=-W(1→2)= RTIn(V2/H1) 3-4Q2=-W(34=nRT2ln(V4/13) P =-W W (1→2)-(3→)4) Q1+g2 由绝热方程: 2 3 v4/13=1/2 (T2/7)wm(vV1)=1 相除 (T2/T1)w"(Vy2)=1 Q2=-W(3)4=-nRT2ln(2/1
1 2 Q1= -W(1→2)= nRT1 ln(V2 / V1 ) 3 4 Q2= -W(3→4)= nRT2 ln(V4 / V3 ) 4 3 1 2 V /V =V /V 相除 Q2= -W(3→4)= - nRT2 ln(V2 / V1 ) 由绝热方程: V1 V2 V3 V4 P T1 T2 V -W= -W(1→2) -W(3→4) = Q1 + Q2 (T2 / T1 ) Cv,m(V4 / V1 ) R =1 (T2 / T1 ) Cv,m(V3 / V2 ) R =1
w=21+ 22 nRTIn(V2/vi-nRTIn2lvi W:T-121+Q2 卡诺循环特征:n+2 总结:1.高温T热源的热只能部分地转化 功,其余部分流向低温(T2)热源。 2n与工质无关。T愈高,热的 品质愈高
-W = Q1 + Q2 = nRT1 ln(V2 / V1 ) — nRT2 ln(V2 / V1 ) 卡诺循环特征: 总结:1. 高温T1热源的热只能部分地转化 功，其余部分流向低温(T2 )热源。 2. η 与工质无关。T1愈高，热的 品质愈高。 1 1 2 1 1 2 1 Q Q Q T T T Q W + = − = − = 0 2 2 1 1 + = T Q T Q
3.卡诺循环中的四步都逆向进行时, n不变。结果若环境对热机作功, 可起致冷效果。 例1已知:T2=300K,T=500K lkj 好‘幽 w,22 W=-21×272=-10/×(500300k 0.4kJ 500K C2=-W-Q1={-(-0.4)-1}kJ=-0.6kJ
3. 卡诺循环中的四步都逆向进行时， η 不变。 结果若环境对热机作功， 可起致冷效果。 例1：已知：T2=300K， T1=500K ， Q1=1kJ 求：W，Q2 解： kJ K K kJ T T T W Q 0.4 500 (500 300) 1 1 1 2 1 = − − = − − = − Q2= - W - Q1 = {-(-0.4)-1}kJ = -0.6kJ
T1 环境的变化 Q1=-Q2-W 净功=g1+g2 1 22
环境的变化 T1 T2 Q1 Q2 W Q1 = - Q2 -W -W净功 = Q1 + Q2
§3-2热力学第二定律 1自发过程举例 自发过程:在自然条件下能够发生的过程 内容推动力共性 热传递温度差 气体流动压力差 都有各自 溶质扩散浓度差 的推动力 hn与CSO活动顺序
§3-2 热力学第二定律 1.自发过程举例 自发过程: 在自然条件下能够发生的过程 内 容 热传递 气体流动 溶质扩散 推动力 温度差 压力差 浓度差 共 性 都有各自 的推动力 Zn与CuSO4 活动顺序
2自发过程逆向进行必须消耗功 自发过程的逆过程能够进行必须环境 对系统作功 3自发过程的共同特征 将自发过程的逆过程称为非自发过程 共同特征:自发过程的进行造成作功 能力的损失
2.自发过程逆向进行必须消耗功 自发过程的逆过程能够进行,必须环境 对系统作功. 3.自发过程的共同特征 将自发过程的逆过程称为非自发过程. 共同特征:自发过程的进行造成作功 能力的损失