《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 1

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 §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

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=C C=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。 钟鼓馔玉不足贵，但愿长醉不复醒。 IEE IIEIEEE

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 高温→低温 温度均匀 温度 电流 高电势→低电 电势相同 电势 势 气体 高压→低压 压力相同 压力 钟摆 人类经验说明：目 羡挚-切变龍幕是有方替貂䶦貨的。且 静止 热功转化 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 真空 盖.吕萨克-焦耳实验(1) W=-Q 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 盖.吕萨克-焦耳实验(2) 功，而不引起任何其他变 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=W T2高温热源 系统：得到功，损失热 Q=Q2+W 环境：得到热，损失功 Q2 机器 环境能否复原取决于其所 Q2 得到的热能否全部转化为 T低温热源 功，而不引起任何其他变 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(ag)=CdCl2(ag)+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

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 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。 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Dstward: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 张△作0，Q=-M,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：