第二章 力学第二定律 自发过程共同特征 热力学第二定律 卡诺定理 熵的概念 音通高等数育十一五”国家级规划教材 熵变的计算 熵的物理意义 吉布斯函数G 物理化学简明教程 热力学关系式 (第四版) 口水买正程张例水等 △G的计算 非平衡恋热力学 高等教育出版 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
熵变的计算 熵的物理意义 吉布斯函数G 热力学关系式 熵的概念 热力学第二定律 ΔG的计算 非平衡态热力学 自发过程共同特征 卡诺定理 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
§21自发过程的共同特征 在一定条件下,一化学变化或物理变化能不能自 动发生?能进行到什么程度?这就是过程的方向 限度问题。 历史上曾有人试图用第一定律中的状态函数U、 H来判断过程的方向,其中比较著名的是 “ Thomson- Berthelot规则”。其结论:凡是放热 反应都能自动进行;而吸热反应均不能自动进行 但研究结果发现,不少吸热反应仍能自动进行。高 温下的水煤气反应C()+HO(g)→CO(g)+H()就‖ 是一燃力学第一定律只能告诉人们一化学反应的能 量效应,但不能解决化学变化的方向和限度问题。 第一草热力学第一定律 返回月录退出 2
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 2 §2.1 自发过程的共同特征 在一定条件下,一化学变化或物理变化能不能自 动发生? 能进行到什么程度? 这就是过程的方向、 限度问题。 历史上曾有人试图用第一定律中的状态函数U、 H来判断过程的方向，其中比较著名的是 “Thomson－ Berthelot 规则” 。其结论：凡是放热 反应都能自动进行；而吸热反应均不能自动进行。 但研究结果发现，不少吸热反应仍能自动进行。高 温下的水煤气反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)就 是一例热。力学第一定律只能告诉人们一化学反应的能 量效应，但不能解决化学变化的方向和限度问题
人类经验说明:自然界中一切变化都是有方向 和限度的,且是自动发生的,称为“自发过程” 这些变化过程的决定因素是什么? 如 方向 限度 决定因素 热:高温→低温 温度均匀温度 电流:高电势→低电势电势相同电势 气体:高压→低压 压力相同压力 那么决定一切自发过程的方向和限度的共同因 素是什么?这个共同因素既然能判断一切自发过程 的方向和限度,自然也能判断化学反应的方向和限 度。 第一草热力学第一定律 返回月录退出 3
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 3 人类经验说明：自然界中一切变化都是有方向 和限度的，且是自动发生的，称为“自发过程” 如： 方向 限度 热： 高温低温 温度均匀 电流：高电势低电势 电势相同 气体：高压低压 压力相同 这些变化过程的决定因素是什么？ 决定因素 温度 电势 压力 那么决定一切自发过程的方向和限度的共同因 素是什么？这个共同因素既然能判断一切自发过程 的方向和限度，自然也能判断化学反应的方向和限 度
-------- 自发过程的共同特征 1理想气体自由膨胀:Q=W=△=△H=0,△>0 要使系统恢复原状,可经定温压缩过程 (r△U=0,△H=0,Q=W≠0, 真空 膨胀 压缩 PIViT 结果环境失去功W,得到热Q,环境是否能统∥ 复原状,决定于热Q能否全部转化为功W而不引起 任何其它变化? 第一草热力学第一定律 返回月录退出
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 4 自发过程的共同特征 1. 理想气体自由膨胀: Q=W=U=H=0, V>0 结果环境失去功W，得到热Q，环境是否能恢 复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不引起 任何其它变化 ? 要使系统恢复原状，可经定温压缩过程 真 空 p1 V1 T p2 V2 T p1 V1 T ( )T U=0, H=0, Q=W0， 膨胀 压缩
2.热由高温物体传向低温物体: 高温热源T2 =Q1+w 0=w? 冷冻机 传热Q1 做功W 吸热Q 低温热源T1 冷冻机做功后,系统(两个热源)恢复原状, 结果环境失去功W,得到热Q,环境是否能 恢复原状,决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化? 第一草热力学第一定律 返回月录退出 5
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 5 2. 热由高温物体传向低温物体: 冷冻机做功后，系统(两个热源)恢复原状，… 结果环境失去功W，得到热Q，环境是否能 恢复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化 ? 低温热源T1 高温热源T2 传热Q1 吸热Q1 做功W Q´=Q1+W Q=W? 冷冻机
-------- 3.化学反应:Cd(s)+PbCl2(aq=CdC2(aq)+Pb(s) 电解使反应逆向进 行,系统恢复原状, Pb CdCl2溶液 隔膜 PbCl溶液 结果环境失去功W,得到热Q,环境是否能‖ 恢复原状,决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化? 第一草热力学第一定律 返回月录退出 6
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 6 3. 化学反应: Cd(s)+PbCl2(aq)CdCl2(aq)+Pb(s) 电解使反应逆向进 行，系统恢复原状，… 结果环境失去功W，得到热Q，环境是否能 恢复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化 ? 隔膜 PbCl CdCl2溶液 2溶液 A V Pb 阳 Cd 阴
人类经验总结: “功可以自发地全部变为热,但热不可能 全部变为功,而不留任何其它变化”。 切自发过程都是不可逆过程,而且它们‖ 的不可逆性均可归结为热功转换过程的不可逆 性,因此,他们的方向性都可用热功转化过程‖ 的方向性来表达。 第一草热力学第一定律 返回月录退出
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 7 人类经验总结： “功可以自发地全部变为热，但热不可能 全部变为功，而不留任何其它变化” 。 一切自发过程都是不可逆过程, 而且它们 的不可逆性均可归结为热功转换过程的不可逆 性, 因此,他们的方向性都可用热功转化过程 的方向性来表达
§22热力学第二定律的经典表述 19世纪初,资本主义工业生产已经 很发达,迫切需要解决动力问题。当时人 们已经认识到能量守恒原理,试图制造第 类永动机已宣告失败,然而人们也认 失败<识到能量是可以转换的。于是,人们就 盒A想到空气和大海都含有大量的能量,应 该是取之不尽的。有人计算若从大海中 取热做功,使大海温度下降1℃,其能量 可供全世界使用100年。 于是人们围绕这一设想,设计种种机器: 第一草热力学第一定律 返回月录退出 8
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 8 §2.2 热力学第二定律的经典表述 19世纪初,资本主义工业生产已经 很发达,迫切需要解决动力问题。当时人 们已经认识到能量守恒原理,试图制造第 一类永动机已宣告失败，然而人们也认 识到能量是可以转换的。于是，人们就 想到空气和大海都含有大量的能量，应 该是取之不尽的。有人计算若从大海中 取热做功，使大海温度下降1℃，其能量 可供全世界使用100年。 于是人们围绕这一设想，设计种种机器: 失败
热力学第二定律的提出 这个问题的实质可归结为热只 能从高温物体自动传向低温物体, 没有温差就取不出热来(即从单 热源吸热) 第一草热力学第一定律 返回月录退出 9
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 9 热力学第二定律的提出 这个问题的实质可归结为热只 能从高温物体自动传向低温物体， 没有温差就取不出热来(即从单一 热源吸热)
-------- 热力学第二定律的经典表述 Kelvin和 Plank总结这一经验来 表述热力学第二定律 “不可能设计成这样一种机器,这 Lord kelvin 种机器能循环不断地工作,它仅仅 从单一热源吸热变为功而没有任何 其它变化。”上述这种机器称为第 二类永动机。 第一草热力学第一定律 返回月录返出10
第二章 热力学第二定律 返回目录 退出 10 热力学第二定律的经典表述 Kelvin 和 Plank总结这一经验来 表述热力学第二定律： “不可能设计成这样一种机器，这 种机器能循环不断地工作，它仅仅 从单一热源吸热变为功而没有任何 其它变化。 ”上述这种机器称为第 二类永动机。 “不可能设计成这样一种机器，这 种机器能循环不断地工作，它仅仅 从单一热源吸热变为功而没有任何 其它变化。