《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）热力学第二定律

热力学第二定律The Second Law of Thermodynamics不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化

不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化 热力学第二定律 1

目录s 2.1自发过程的共同特征$ 2.2热力学第二定律经典表述$ 2.3Carnot循环与Carnot定理$ 2.4熵的概念$ 2.5熵变的计算及其应用$ 2.6熵的物理意义及规定熵的计算$ 2.7亥姆霍兹函数与吉布斯函数$ 2.9△G的计算2

目录 §2.1 自发过程的共同特征 §2.2 热力学第二定律经典表述 §2.3 Carnot循环与Carnot定理 §2.4 熵的概念 §2.5 熵变的计算及其应用 §2.6 熵的物理意义及规定熵的计算 §2.7 亥姆霍兹函数与吉布斯函数 §2.9 △ G的计算 2

A+B=CC=A+ B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。将进酒君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。天生我材必有用，千金散尽还复来。烹羊宰牛且为乐，会须一饮三百杯。岑夫子，丹丘生，将进酒，杯莫停。与君歌一曲，请君为我倾耳听。钟鼓玉不足贵，但愿长醉不复醒。3

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。 A + B = C C =A + B 将进酒 君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。 君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 天生我材必有用，千金散尽还复来。 烹羊宰牛且为乐，会须一饮三百杯。 岑夫子，丹丘生，将进酒，杯莫停。 与君歌一曲，请君为我倾耳听。 钟鼓馔玉不足贵，但愿长醉不复醒。 . 3

2.1自发过程的共同特征方向限度决定因素热温度高温→低温温度均匀电流电势高电势一→低电电势相同势气体压力高压→低压压力相同钟摆静止热功转化动能一热人类经验说明：自然界中一切变化都是有方尚和限度的，且是自动发生的，称为“自发过程”。人类经验未发现任何自发过程可自动恢复原状，那么能否找到决定一切自发过？程方向和限度的共同因素呢4

2.1 自发过程的共同特征 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 钟摆 动能→热 静止 热功转化 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” 。人类经验未发现任何自发过 程可自动恢复原状。 那么能否找到决定一切自发过 程方向和限度的共同因素呢 4

2.1自发过程的共同特征一、理想气体向真空膨胀系统：得到功，损失热高压气体真室W=-Q盖吕萨克一焦耳实验（1）环境：得到热，损失功环境能否复原取决于其所得到的热能否全部转化为气体达到平衡功，而不引起任何其他变盖.吕萨克一焦耳实验（2）化？5

2.1 自发过程的共同特征 一、理想气体向真空膨胀 W = -Q 系统：得到功，损失热 环境：得到热，损失功 环境能否复原取决于其所 得到的热能否全部转化为 功，而不引起任何其他变 化？ 5

2.1自发过程的共同特征二、热由高温物体传向低温物体Q=WT高温热源系统：得到功，损失热Q'=Q2+ W环境：得到热，损失功W机器Q2环境能否复原取决于其所Q2得到的热能否全部转化为功，而不引起任何其他变T低温热源化?6

T2高温热源 T1低温热源 Q2 机器 Q2 Q ′=Q2 + W W Q = W 系统：得到功，损失热 环境：得到热，损失功 二、热由高温物体传向低温物体 2.1 自发过程的共同特征 环境能否复原取决于其所 得到的热能否全部转化为 功，而不引起任何其他变 化？ 6

2.1自发过程的共同特征三、镉与氯化铅溶液反应Cd(s) + PbCl2(aq) = CdCl2(aq) + Pb(s)原电池电解池W=Q+Q'环境能否复原取决于其所得到的热能否全部转化为功，而不引起任何其他变化？

三、镉与氯化铅溶液反应 2.1 自发过程的共同特征 Cd(s) + PbCl2 (aq) = CdCl2 (aq) + Pb(s) 原电池 电解池 W = Q + Q ′ 环境能否复原取决于其所得到的热能否全部转化 为功，而不引起任何其他变化？ 7

2.1自发过程的共同特征自发过程可逆过程但热不经验表明：功可以自发地全部变为热，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他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。8

经验表明：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, 而且他们的不可逆性均 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。 自发过程 2.1 自发过程的共同特征 可逆过程 8

3.2热力学第二定律Clausius 的说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化Kelvin的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化后来被Ostward表述为：“第二类永动机是不可能造成的”第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。9

3.2 热力学第二定律 Clausius 的说法： Kelvin 的说法： 第二类永动机：从单一热源吸热使之完全 变为功而不留下任何影响。 “不可能把热从低温物体传到高温物体， 而不引起其他变化” “不可能从单一热源取出热使之完全 变为功，而不发生其他的变化” 后来被Ostward表述为：“第二类 永动机是不可能造成的” 。 9

3.2热力学第二定律注意：1：所谓第二类永动机，它是符合能量守恒原理的，即从第一定律的角度看，它是存在的，它的不存在是失败教训的总结。2．关于“不能从单一热源吸热变为功，而没有任何其它变化”这句话必须完整理解，否则就不符合事实。例如理想气体定温膨胀U=O，Q=-W，就是从环境中吸热全部变为功，但体积变大了，压力变小了。3.“第二类永动机不可能造成”可用来判断过程的方向。10

10 1．所谓第二类永动机，它是符合能量守恒原理的，即从第一定律 的角度看，它是存在的，它的不存在是失败教训的总结。 2．关于“不能从单一热源吸热变为功，而没有任何其它变化”这 句话必须完整理解，否则就不符合事实。例如理想气体定温膨 胀U=0, Q= –W，就是从环境中吸热全部变为功，但体积变大 了，压力变小了。 3.“第二类永动机不可能造成”可用来判断过程的方向。 3.2 热力学第二定律 注意：