热力学第二定律

1、1 第五章热力学第二定律 The second law of thermodynamics 5-1 热力学第二定律 5-2 卡诺循环和卡诺定理 53 熵和热力学第二定律的数学表达式 54 熵方程与孤立系统熵增原理 5-5 系统的作功能力（火用）及熵产与作功能力损失 5-6 火用平衡方程及火用损失 2 51 热热力学第二定律 一、自发过程的方向性 只要Q不大于Q，并不违反第一定律 Q Q ? 3 重。

2、尔文(L. Kelvin)说法：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，或第二类永动机是不可能造成的。
注意的是并非热不能从低温物体传给高温物体，而是不产生其它变化，如致冷机需要消耗电能。
另外也不能简单理解开尔文说法为 ，如理想气体等温膨胀，DU = 0 -Q = W，即热全部变为功，但气体体积变大了。
所以是不引起其它变化的条件下，热不能全部转化为功。
所谓第二类永动机乃是一种能够从单一热源吸热，并将所吸收的热全部变为功而无其它影响的机器，那是不可能造成的。
认识热力学第二定律，首先从热、功转化规律开始，所以首先介绍卡诺定理 3.2 卡诺定理3.2.1 热机效率 如图3.2-1所示，热机从高温热源吸热Q1，对环境作功 -W，同时向低温热源放热Q2，完成一个循环。
图3.2-1 热转化为功热机效率(efficiency of the heat engine) 。

3、Cp,m=30.0JK1mol3、 1mol 理想气体始态为27、1MPa，令其反抗恒定的外压0.2MPa膨胀到体积为原来的5倍，压力与外压相同。
试计算此过程的Q、W、U、H、S、A、G。
已知理想气体的恒容摩尔热容为12.471Jmol-1K-14、在298.15K时，将1molO2从101.325kPa等温可逆压缩到6.0101.325kPa，求Q， W， U， H， A，S体系，S隔离。
5、273.2、压力为500kPa的某理想气体2dm3，在外压为100kPa下等温膨胀，直到气体的压力也等于100kPa为止。
求过程中的Q、W、U、H、S、A、G。
6、2mol双原子理想气体始态为298K、p经过恒容可逆过程至压力加倍，试计算该过程的Q、W、U、H、S、A、G。
已知298K、p下该气体的摩尔熵为100 JK-1mol-7、3mol双原子理想气体从始态100kPa，75 dm3，先恒温可逆压缩使体积缩小至50 dm3，再恒压加热至100 dm。

4、4.热温商dQ/T经证明为状态函数，其积分值必与 熵变相等。
5. 100，1.5p的水蒸气变成 100，p的液体水，S _ 0, G _ 6. 选择“”、“”、“=” 理想气体经节流膨胀， S _ 0， G _ 0.二、 选择题1. 在等温等压下进行下列相变： H2O (s,-10, p) = H2O (l,-10, p) 在未指明是可逆还是不可逆的情况下，考虑下列各式哪些是适用的? ( ) (1) Q/T = fus S (2) 。

5、斯原理和熵函数的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数的概念。
3、熟记并理解S、A、G的定义与各热力学函数间的关系。
4、明确利用热力学函数在特定条件下作为过程方向和限度的判据，熟练 S和 G的计算与应用。
5、了解熵的统计意义和热力学第三定律、规定熵的意义、计算及应用。
6、初步了解不可逆过程热力学关于熵流和熵产生等基本内容。
教学内容提要时间分配3.1 一切自发过程的共同特征3.2 热力学第二定律3.3 Carnot定理 3.4 熵的概念3.5 Clausius不等式与熵增加原理 3.6 热力学基本方程与T-S图3.7 熵变的计算3.8 熵与“能量退化”3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义3.10 Helmholtz自由能和Gibbs自由能3.11 过程的方向和平衡条件3.12 G的计算示例3.13 几个热力学函数间的关系3.14 热力学第三定律规定熵 3.15 不可逆过程简介0.5学时0.5学时1.0学时1.0学时0.。

6、 第 15 页 共 21 页 第 16 页 共 21 页 第 17 页 共 21 页 第 18 页 共 21 页 第 19 页 共 21 页 第 20 页 共 21 页 第 21 页 共 21 页 。

7、可能从单一热源吸收热做功而无其它变化； (C)第二类永动机是造不成的； (D)热不可能全部转化为功。
2.不可逆过程是否一定是自发过程？试举例说明。
答：不对。
如；气体的不可逆压 缩过程，就是非自发过程。
注意：自发过程一定是不可逆过程。
3.3 熵与克劳修斯不等式 1.判断下列过程熵的变化情况 （ 1）物质的蒸发过程。
熵增 （ 2）气体物质被固体表面吸附的过程。
熵减 （ 3）电解水生成 H2 和 O熵增 （ 4）有机聚合反应。
熵减 （ 5）公路上撒盐使冰融化。
熵增 2.选择题 （ 1）理想气体在恒温条件下，经恒外压压缩至某一压力，此变化中体系的熵变 S 体 及环境上午熵变 S 环 应为： (B) （ A） S 体 0， S 环 0； （ C） S 体 0， S 环 =0； （ D） S 体 0，绝热不可逆压缩过程的 S 析：由克劳修斯不等式，在绝热过程， S 0（不可逆大于 0，可逆等于 0） （ 2）为了计算绝热不可逆过程的熵变，可否在始末态之间设计一条绝热。

8、167;3.7 熵变的计算,3.8 熵和能量退降,3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义,第三章 热力学第二定律,3.10 Helmholtz和Gibbs自由能,3.11 变化的方向与平衡条件,3.13 几个热力学函数间的关系,3.12 的计算示例,3.14 热力学第三定律及规定熵,*3.15 绝对零度不能到达的原理,*3.16 不可逆过程热力学简介,*3.17 信息熵浅释,第三章 热力学第二定律,热力学第一定律U,H,W,Q,在指定条件下向那个方向进行？进行到什么程度？热力学第一定律无法回答,热力学第二定律,解决各种过程变化的方向和限度,3.1自发变化的共同特征不可逆性,自发变化 定义：是指能够自动发生的变化，即无需外力帮助，任其自然，即可发生的变化。
,例1 自发变化实例,自发变化的共同特征不可逆性,例2。

9、热机。
、特征：符合能量守恒定律；不引起其他变化 。
、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其它变化,、热力学第二定律,表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变化。
（按热传导的方向性表述）表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
（按能量转化的方向性表述）物理实质：热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律,、能量耗散,在自然界中的宏观过程由于方向性，使得能量在转化过程中不可能使转化后的能量全部加以利用，总会有一部分能量会流散，这种现象叫能量耗散从能量转化的角度再次验证了自然界中的宏观过程具有方向性,思考下列问题,1电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气？这个事实说明了什么？2能否生产出效率可达到100的热机？为什么？3能量耗散和能量守恒是否矛盾？试举例说明。
,热力学第三定律,内容:热力学零度(绝对零度)不可达到.,一枪弹以速。

10、,放出5.81023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量,浓度不等的溶液混合均匀；,锌片与硫酸铜的置换反应,某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
,自发变化的共同特征不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。
,可逆与不可逆过程,可逆过程只是一种理想模型。
准静态过程可视为可逆过程。
,1实例：热量会自发地从高温物体传给低温度物体。
,注意这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。
,2热传导的过程具有方向性,热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。
,3自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
,(一)、热传导,二、功热转换,通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的；,功转换为热的过程具有方向性。
,气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞。

11、A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。
,3.热力学第二定律的统计意义,热力学第二定律的微观意义,3,开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。
隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示：,4,微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/1,一般来说，若有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为 。
此数值极小，意味着此事件永远不会发生。
从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。
,对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。
,对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。
这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。
,5,第二定律的统计表述（依然看前例）,4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。
,左边一列的各种分布仅指出A、B两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。
中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A或B。

12、任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达1.41018吨，它的温度只要降低1oC，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用4000年。
而人类都不能利用这种“新能源”，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律热力学第二定律,新课教学：(一)、热传导的方向性1实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。
2热传导的过程具有方向性3自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
,1实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。
注意这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。
,2热传导的过程具有方向性热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。
,热机：是一种把内能转化为机械能的装置。
,热机,效率： 由能量守恒定律知道 Q1 = W +。