北京化工大学：《物理化学》课程电子教案（PPT教学课件，工科非化工专业）第三章 热力学热二定律 The Second Law of Thermodynamics

第三章 热力学第二定律 BUCT The Seconde Law of Thermodynamics 引言 §3-1 卡诺循环 §3-2 热力学第二定律 §3-3熵 §3-4亥姆霍兹函数、吉布斯函数 §3-5热力学基本方程式及麦克斯韦关系式 §3-6热力学第二定律对实际气体的应用 §3-7热力学第二定律纯组分相平衡的应用

BUCT 引言 §3-1 卡诺循环 §3-2 热力学第二定律 §3-3 熵 §3-4 亥姆霍兹函数、吉布斯函数 §3-5 热力学基本方程式及麦克斯韦关系式 §3-6 热力学第二定律对实际气体的应用 §3-7 热力学第二定律纯组分相平衡的应用 第三章 热力学第二定律 The Seconde Law of Thermodynamics

第三章 热力学第二定律 BUCT The Seconde Law of Thermodynamics 引言 热力学第一定律 一一一一一 揭示能量守恒原理。 热力学第二定律 解决过程的方向性和限度。 例： 水流，高位 水流，低位 水位差相等 热流，高温 热流，低温 温差相等 气流，高压 气流，低压 压差相等

BUCT 热力学第一定律------揭示能量守恒原理。 热力学第二定律------解决过程的方向性和限度。 引言引言 例： 水流，高位 水流，低位 水位差相等 热流，高温 热流，低温 温差相等 气流，高压 气流，低压 压差相等 第三章 热力学第二定律 The Seconde Law of Thermodynamics

第三章 热力学第二定律 BUCT The Seconde Law of Thermodynamics 问题？ 化学反应的方向和限度？ aA bB cC dD 热力学第一定律不能回答， 由热力学第二定律来解决

BUCT 化学反应的方向和限度？ 化学反应的方向和限度？ 热力学第一定律不能回答， 由热力学第二定律来解决。 aA + bB cC + dD aA + bB cC + dD 第三章 热力学第二定律 The Seconde Law of Thermodynamics 问题？

自发过程 BUCT Spontaneous processes 在一定条件下， 能够自 动进行的过程。例：自然界 自发过程的共同特征： 的所有天然过程。 例1 水，高位 自发过程 作功 放热 泵 水，低位 环境留下功变热的痕迹

BUCT 自发过程 Spontaneous processes 自发过程 Spontaneous processes 在一定条件下，能够自 动进行的过程。例：自然界 的所有天然过程。 在一定条件下，能够自 动进行的过程。例：自然界 自发过程的共同特征： 的所有天然过程。 水，高位 水，低位 自发过程 泵 环境留下功变热的痕迹 作功 放热 例1 例1

例2 向真空膨胀 理想 BUCT 气体 臺 理想气体 恒温可逆压缩 理想气体向真空膨胀过程：W=0,Q=0,△U=0 恒温可逆压缩过程：环境对系统作功，同时系 统向环境放热。环境留下功变热的痕迹。 例3 高温热源 W+O 热 两热源复原后环境 留下了功变热的痕迹。 低温热

BUCT 例2 理想 气体 真 空 理想气体 向真空膨胀 恒温可逆压缩 恒温可逆压缩过程：环境对系统作功，同时系 统向环境放热。环境留下功变热的痕迹。 高温热源 低温热 热 Q Q W W+Q Q’=W 例3 两热源复原后环境 留下了功变热的痕迹。 两热源复原后环境 留下了功变热的痕迹。 理想气体向真空膨胀过程：W=0，Q=0，ΔU=0

自发过程热功转化的方向性：自发过 BUCT 系统复原，环境都流下功变热的痕迹。 自发过程的共 W→ ·自发过程是自然界自动进行的过程，有一定的 方向性和限度； 要使发生自发过程的系统复原，环境必然留下 永久变化的痕迹： ·自发过程是不可逆过程

BUCT 自发过程的共 自发过程的共 •自发过程是自然界自动进行的过程，有一定的 方向性和限度； •要使发生自发过程的系统复原，环境必然留下 永久变化的痕迹； •自发过程是不可逆过程。 •自发过程是自然界自动进行的过程，有一定的 方向性和限度； •要使发生自发过程的系统复原，环境必然留下 永久变化的痕迹； •自发过程是不可逆过程。 自发过程热功转化的方向性：自发过 系统复原，环境都流下功变热的痕迹。 W ⇒ Q

§3-1 卡诺循环 BUCT The Carnot Cycle 一、热机效率 二、卡诺循环 三、卡诺热机效率

BUCT 一、热机效率 二、卡诺循环 三、卡诺热机效率 §3-1 卡诺循环 The Carnot Cycle

一、热机效率 BUCT Efficiency of an Engine 热机 通过工作介质从高温热源吸热作 功， 然后向低温热源放热本身复原，如此循 热机效率 环操作，不断将热转化为功的机器。 高温热源T W 7 21Q 热机→ 热机从高温热源T， 1Q2 吸热Q,转化为功的分数。 低温热源T2

BUCT 一、热机效率 Efficiency of an Engine 通过工作介质从高温热源吸热作 功， 然后向低温热源放热本身复原，如此循 环操作，不断将热转化为功的机器。 Q 1 W η −= 热机从高温热源T1 吸热Q1转化为功的分数。 高温热源T1 低温热源T2 热机 Q1 W Q2 热机 热机效率

二、卡诺循环 BUCT The Carnot Cycle 卡诺循环 卡诺为研究热机效率设计了四个 The Carnot Cycle 可逆步骤组成的循环称为卡诺循环。 卡诺循环四个步骤（以理想气体为工作介质） p/[P] iVI 1.恒温可逆膨胀 P2V2 2.绝热可逆膨胀 3.恒温可逆压缩 P4V4T2 P:V3T2 4.绝热可逆压缩 V/]

BUCT 二、卡诺循环 The Carnot Cycle 1.恒温可逆膨胀 2.绝热可逆膨胀 3.恒温可逆压缩 4.绝热可逆压缩 卡诺为研究热机效率设计了四个 可逆步骤组成的循环称为卡诺循环。 卡诺为研究热机效率设计了四个 可逆步骤组成的循环称为卡诺循环。 卡诺循环 The Carnot Cycle 卡诺循环 The Carnot Cycle 卡诺循环四个步骤(以理想气体为工作介质) p/[P] V/[V] p1V1T1 p2V2T1 p4V4T2 p3V3T2

三、卡诺热机效率ng BUCT Efficiency of Carnot Engine 循环过程：△U=0,-W=Q=Q1+Q2 理想气体为工作介质： 找N,V)和 Q=nRT In(V2/V) (V,N)的关系 Q2=nRT2ln(V/V3) 由理想气体绝热过程过程方程：一 TIV2Y-I=T2V3Y1,TIVY-1=TVAY-I 可得：V4V3=VV2 Q2=nRT2In(V /V2)=-nRT2In(V2/V)

BUCT 三、卡诺热机效率ηC Efficiency of Carnot Engine 由理想气体绝热过程过程方程： T1V2γ-1= T2V3γ-1， T1V1γ-1 =T2V4γ-1 可得：V4/V3 =V1/V2 Q2=nRT2ln(V1/V2)=-nRT2ln(V2/V1) 循环过程：ΔU=0，-W=Q=Q1+Q2 理想气体为工作介质： Q1=nRT1ln(V2/V1) Q2=nRT2ln(V4/V3) 找(V2/V1) 和 (V4/V3)的关系