兰州交通大学：《物理化学》课程PPT教学课件（讲稿）第3章 热力学第二定律

第三章 热力学第二定律 热力学第一定律指出了能量的守恒和 转化以及在转化过程中各种能量具有相应 的当量关系，但它不能指出变化的方向和 变化进行的限度。 违反热力学第一定律的过程肯定不能 实现，不违反热力学第一定律的过程是否 定能实现？

1 第三章 热力学第二定律 热力学第一定律指出了能量的守恒和 转化以及在转化过程中各种能量具有相应 的当量关系，但它不能指出变化的方向和 变化进行的限度。 违反热力学第一定律的过程肯定不能 实现，不违反热力学第一定律的过程是否 一定能实现？

§3.1卡诺循环 1.定义： 由两个等温可逆 过程和两个绝热可逆 过程组成的、以理想 Q=0 气体为工作介质的理 想循环

2 §3.1 卡诺循环 由两个等温可逆 过程和两个绝热可逆 过程组成的、以理想 气体为工作介质的理 想循环。 1. 定义：

(1)等温可逆膨胀 U=f(T), △U=0 Q=-W=nRT In(V2/V)=nRT In(P/P2) (2)绝热可逆膨胀 Q=0 W2=AU2=-JnCym dT (3)等温可逆压缩 Q3=-W3=nRT2In(V/V3)=nRT2In(P3/Pa) (4)绝热可逆压缩 Q=0 Wa=AU=-JnCvm dT

3 (1) 等温可逆膨胀 U = f(T) ， U = 0 Q1 = -W1 = nRT1 ln(V2 /V1 ) = nRT1 ln(P1 /P2 ) (2) 绝热可逆膨胀 Q= 0 W2= U2 = -∫nCV,m dT (3) 等温可逆压缩 Q3 = -W3 = nRT2 ln(V4 /V3 ) = nRT2 ln(P3 /P4 ) (4) 绝热可逆压缩 Q= 0 W4= U4= -∫nCV,m dT

经一循环后，体系回到原来状态 △U=0: O=-W Q=ΣQ=Q1+Q2 =nRT In(V2/V)+nRT2In(V/V3) 将绝热可逆过程方程代入，整理 (V2V3)1-r=T2T1(V4/W1)1-r=T2/T 得：Q=-w=nRT1-T2)In(V,/V）

4 经一循环后，体系回到原来状态 U =0, Q = -W Q = Qi = Q1+ Q2 = nRT1 ln(V2 /V1 ) + nRT2 ln(V4 /V3 ) 将绝热可逆过程方程代入，整理 Q = -W = nR(T1 – T2 )ln(V2 /V1 ) (V2 /V3 ) 1-r =T2 /T1 (V4 /V1 ) 1-r =T2 /T1 得：

2.热机效率 (1)定义：n=-W/Q1

5 2. 热机效率 (1) 定义： = - W/Q1

m =-W/Q Q=-W=nR(T-T2)In(V2/V) Q=nRT In(V2/V) 所以 n=-W/Q1=(T1-T2)/T (2)说明： A.可逆（卡诺）热机效率仅与两个热源的 绝对温度有关

6  = - W/Q1 Q = -W = nR(T1 – T2 )ln(V2 /V1 ) Q1 = nRT1 ln(V2 /V1 ) 所以  = -W/Q1 = (T1 -T2 )/T1 (2) 说明： A.可逆(卡诺)热机效率仅与两个热源的 绝对温度有关

B.n=(T1-T2)T1<1 C.可逆循环 D.热机效率关系式n=-W/Q,=(TT2T, 与Q=Q=Q+Q2联立、变换，得： Q1/T+Q2/T2=0 即可逆循环过程的热温商为0 E.将卡诺热机逆转，可得致冷机。致 冷机工作原理P135-136)

7 B.  = (T1 -T2 )/T1 <1 C.可逆循环 D.热机效率关系式  = -W/Q1 = (T1 -T2 )/T1 与Q = Qi = Q1+ Q2 联立、变换，得： Q1 /T1+ Q2 /T2 = 0 即可逆循环过程的热温商为0 E. 将卡诺热机逆转，可得致冷机。致 冷机工作原理(P135-136)

§3.2 热力学第二定律 1.自发变化 定义：自动发生的变化，即无需外 力帮忙，任其自然，不去管它，即可发 生的变化。 自发变化都有各自的推动力，这些 各自的推动力有无共性？

8 定义：自动发生的变化，即无需外 力帮忙，任其自然，不去管它，即可发 生的变化。 自发变化都有各自的推动力，这些 各自的推动力有无共性？ §3.2 热力学第二定律 1. 自发变化

2.自发变化过程举例 自发变化的逆过程不能自动进行？ (1)在焦尔的热功当量实 验中，重物下降，带动搅 拌器，量热器中的水不断 被搅动，从而使水温上升 它的逆过程即水的温度自 动降低而重物被举起这 T7T77777777777 过程不会自动进行

9 2.自发变化过程举例 自发变化的逆过程不能自动进行？ (1) 在焦尔的热功当量实 验中，重物下降，带动搅 拌器，量热器中的水不断 被搅动，从而使水温上升。 它的逆过程即水的温度自 动降低而重物被举起这一 过程不会自动进行

(2)气体的真空膨胀，它的逆过程即气体 的压缩过程不会自动进行。 (3)热量由高温物体传入低温物体，它 的逆过程即热量自低温物体流入高温物 体，不会自动进行 T1>T2 Tl T2 T3 T3

10 (2) 气体的真空膨胀，它的逆过程即气体 的压缩过程不会自动进行。 (3) 热量由高温物体传入低温物体，它 的逆过程即热量自低温物体流入高温物 体，不会自动进行