《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 热力学第二定律_课件_第3章 热力学第二定律

归东理子大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三章 热力学第二定律 不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化 The Second Law of Thermodynamics 2 2025/4/2

2 2025/4/2 2 第三章 不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化

第三章热力学第二定律 中东理工大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY §3.1 自发变化的共同特征 §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 熵和能量退降 §3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义 3 2025/4/2

3 2025/4/2 3 第三章 热力学第二定律 §3.1 自发变化的共同特征 §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 力东露子大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY §3.10 Helmholtz和Gibbs自由能 §3.11 变化的方向与平衡条件 §3.12 △G的计算示例 §3.13 几个热力学函数间的关系 §3.14 热力学第三定律及规定熵 2025/4/2

4 2025/4/2 4 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 G 的计算示例 §3.14 热力学第三定律及规定熵

力东理子大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 在一定条件下，一化学变化或物理变化能不能自 动发生？能进行到什么程度？这就是过程的方向、 限度问题。 历史上曾有人试图用第一定律中的状态函数U、H来判断 过程的方向，其中比较著名的是“Thomson-Berthelot规 则”。其结论：凡是放热反应都能自动进行；而吸热反应均 不能自动进行。 但研究结果发现，不少吸热反应仍能自动进行。高温下的水 煤气反应Cs)+H2O(g)→C0(g+H2(g)就是一例。 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

5 在一定条件下,一化学变化或物理变化能不能自 动发生? 能进行到什么程度? 这就是过程的方向、 限度问题。 历史上曾有人试图用第一定律中的状态函数U、H来判断 过程的方向，其中比较著名的是“Thomson-Berthelot 规 则 ” 。其结论：凡是放热反应都能自动进行；而吸热反应均 不能自动进行。 但研究结果发现，不少吸热反应仍能自动进行。高温下的水 煤气反应C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2 (g)就是一例。 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

东理王大深 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 人类经验说明：自然界中一切变化过程都是有方向和限 度的，且是自动发生的，称为“自发过程”Spontaneous process。 如： 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 那么决定一切自发过程的方向和限度的共同因 素是什么？

6 人类经验说明：自然界中一切变化过程都是有方向和限 度的,且是自动发生的,称为“自发过程” Spontaneous process 。 如： 方向 限度 热： 高温→低温 温度均匀 电流：高电势→低电势 电势相同 气体：高压→低压 压力相同 钟摆：动能→热 静止 决定因素 温度 电势 压力 热功转化 那么决定一切自发过程的方向和限度的共同因 素是什么？

§3.1自发过程的共同特征-自发过程邀程函麼 LOGY 1.理想气体自由膨胀： 要使系统恢复原状， 2=W=△U=△H=0,△>0 可经定温压缩过程 ()r△U=0,△H=0,2=-W≠0， 臺 膨胀 压缩 PpVpT 结果环境对气体做功W,气体对环境放出热Q,环 境是否能恢复原状，决定于热Q能否全部转化为功 W而不引起任何其它变化

7 §3.1自发过程的共同特征-自发过程与可逆过程的区别 1．理想气体自由膨胀: Q=W=U=H=0, V>0 结果环境对气体做功W，气体对环境放出热Q ，环 境是否能恢复原状，决定于热Q能否全部转化为功 W而不引起任何其它变化 要使系统恢复原状， 可经定温压缩过程 真 空 p1 ,V1 ,T p2 ,V2 ,T p1 ,V1 ,T ( )T U=0, H=0, Q=-W0， 膨胀 压缩

归东理工大 2,热由高温物体传向低温物体NG UNIVERSTTY OF TECHNOLOGY 高温热源乃 Q'=Q2+W Q-W 冷冻机 传热22 做功W 吸热22 低温热源T 冷冻机做功后，系统（两个热源）恢复原状，. 结果环境失去功W,得到热Q,环境是否能恢 复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化？

8 2．热由高温物体传向低温物体: 冷冻机做功后，系统(两个热源)恢复原状，. 结果环境失去功W，得到热Q ，环境是否能恢 复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化 ? 低温热源T1 高温热源T2 传热Q2 吸热Q2 做功W Q’=Q2+W Q=W

中东理子大 3.化学反应：Cds)+PbCL2(ag=CdC5(ag+Pb(S TECINOLOGY 电解使反应逆向进行， 系统恢复原状， 阴 阳 CdCk 隔膜 PbCl 结果环境失去功W,得到热Q,环境是否能恢 复原状，决定于热Q能否全部转化为功而不 引起任何其它变化？

9 3．化学反应: Cd(s)+PbCl2 (aq)=CdCl2 (aq)+Pb(s) 电解使反应逆向进行， 系统恢复原状，. 结果环境失去功W，得到热Q ，环境是否能恢 复原状，决定于热Q能否全部转化为功W而不 引起任何其它变化 ? Cd 阴 Pb 阳 A V 隔膜 PbCl2 CdCl2

口东翟王大 人类经验总结： SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY “功可以自发地全部变为热，但热不可 能全部变为功，而不引起任何其它变 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

10 人类经验总结： “功可以自发地全部变为热，但热不可 能全部变为功，而不引起任何其它变 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

力东理子大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 自发变化某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就 无需借助外力，可自动进行，这种变化称为自发变化 自发变化的共同特征一不可逆性任何自发变化的逆 过程是不能自动进行的。例如： (1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等， 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统 恢复原状后，会给环境留忑不可磨灭的影响

11 2025/4/2 11 自发变化 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就 无需借助外力，可自动进行，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。例如： (1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等， 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，系统 恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响