物理化學：2-1熱力學第二定律

1、熱力學第二定律,研究：過程的方向和限度或反應的動力！,熱傳遞(溫差),低溫,高溫,反應(動力？),乙炔苯 ？,25，105 Pa,轉(zhuǎn)化率=？,反應熱能否全部轉(zhuǎn)化為功？ ,2.1 熱力學第二定律,熱力學第二定律是從自發(fā)過程的共同特征提升出的規(guī)律,2.1.1 自發(fā)過程的共同特征 2.1.2 熱力學第二定律,自發(fā)過程,一定條件下，不需外力推動(即無需環(huán)境對 系統(tǒng)做功)，任其自然就能自動發(fā)生變化的過程,(1)熱傳遞,低溫,高溫,(2) 擴散,(3) 反應,ZnSO4,2.1.1 自發(fā)過程的共同特征,單向性，即逆過程不能自發(fā),(1) 熱的傳遞：高溫(T2) 低溫(T1),到溫度相同為止,(2) 氣體膨脹

2、：高壓(p2) 低壓(p1),到壓力相同為止,(3) 置換反應：Zn(s) +CuSO4 Cu(s) +ZnSO4,到反應完全為止,針對自發(fā)過程的逆過程非自發(fā)，有各種說法!,2.1.2 熱力學第二定律(second law of thermodynamics),從一個熱源吸熱，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其它變化是不可能的，或第二類永動機是不可能造成的。,各種說法完全等價，是人類經(jīng)驗的總結(jié)!,熱從低溫物體傳給高溫物體而不產(chǎn)生其它變化是不可能的。,克勞修斯 (R Clausius) 說法：,開爾文 (L Kelvin) 說法：,注 意,如理想氣體等溫膨脹，DU = 0，-Q = W，即熱全部變?yōu)楣Γ?/p>

3、但氣體體積變大了。 不引起其它變化的條件下，熱不能全部轉(zhuǎn)化為功!,(1) 并非熱不能從低溫物體傳給高溫物體，而是不產(chǎn)生其它變化，如制冷機需要消耗電能。,(2) 不能簡單理解開爾文說法為：,(3) 第二類永動機,能夠從單一熱源吸熱，并將所吸收的熱全部變?yōu)楣Χ鵁o其它影響的機器,第二類永動機不可能造成！,自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的,熱力學第二定律的實質(zhì),2.2 卡諾定理,認識熱力學第二定律，首先從熱、功轉(zhuǎn)化規(guī)律即卡諾定理開始。,2.2.1 熱機效率 2.2.2 可逆熱機效率 小 結(jié),2.2.1 熱機效率(efficiency of the heat engine),熱機：從高溫

4、源吸熱 Q1，向低溫源放熱 Q2，對環(huán)境做功- W,熱機效率為 h = -W/Q1 = (Q1 + Q2) / Q1 = 1 + (Q2/Q1),第二類永動機: h = 100% 熱力學第二定律表明：造效率100%的熱機不可能！,2.2.2 可逆熱機效率,可逆過程系統(tǒng)做功最大，熱機效率也最大,卡諾循環(huán)： 理想熱機由理想氣體經(jīng)如下四個可逆過程完成的循環(huán)。,(1)(2) 恒溫可逆膨脹； (2)(3) 絕熱可逆膨脹； (3)(4) 恒溫可逆壓縮； (4)(1) 絕熱可逆壓縮,卡諾循環(huán),O,分析循環(huán)過程的Q，W,1. 恒溫可逆膨脹 (1) (p1,V1,T1) (2) (p2,V2,T1) Q1 =

5、-W12 = nRT1ln(V2/V1) 2. 絕熱可逆膨脹 (2) (p2,V2,T1) (3) (p3,V3,T2) T1V2g-1 = T2V3g-1 即 T2/T1 = (V2/V3) g-1 3. 恒溫可逆壓縮 (3) (p3,V3,T2) (4) (p4,V4,T2) -Q2 = W34 = -nRT2ln(V4/V3),O,分析循環(huán)過程的Q，W,1. Q1 = nRT1ln(V2/V1) 2. T2/T1 = (V2/V3) g-1 3. -Q2 = - nRT2ln(V4/V3) 4. 絕熱可逆壓縮 (4) (p4,V4,T2) (1) (p1,V1,T1) T1V1g-1 = T2V4g-1 即 T2/T1 = (V1/V4) g-1 與2比較得 V2/V3 = V1/V4 即 V2/V1 = V3/V4 Q =Q1 +Q2 =nRT1ln(V2/V1) +nRT2ln(V4/V3) =nR(T1-T2) ln(V2/V1),O,熱機經(jīng)一循環(huán): DU = 0,結(jié)論：卡諾熱機效率為 h可逆 = 1- (T2/T1) 與兩個熱源的溫差有關,注意： 不可逆熱機效率無此關系。,所做凈功 -W = Q-DU= Q= nR(T1-T2) ln(V2/V1) 利用 Q1 = nRT1ln(V2/V1) 得熱機效率為 h可 = -W/Q1 = (T1 -