热力学第二定律物理化学.ppt

热力学第二定律物理化学
1
引言
热力学第一定律即能量转化与守恒原理
违背热力学第一定律的变化与过程一定不能发生
不违背热力学第一定律过程却未必能自动发生：
例：两物体的传热问题
温度不同的两个物体相接触，最后达到平衡态，两物体具有相同的温度。但其逆过程是不可能的，即具有相同温度的两个物体，不会自动回到温度不同的状态，尽管该逆过程不违背热力学第一定律。
——利用热力学第一定律并不能判断一定条件下什么过程不可能进行，什么过程可能进行，进行的最大限度是什么。要解决此类过程方向与限度的判断问题，就需要用到自然界的另一普遍规律——热力学第二定律。
热力学第二定律是随着蒸汽机的发明、应用及热机效率等理论研究逐步发展、完善并建立起来的。卡诺（Carnot）、克劳修斯（Clausius）、开尔文（Kelvin）等人在热力学第二定律的建立过程中做出了重要贡献。
热力学第二定律是实践经验的总结，反过来，它指导生产实践活动
热力学第二定律关于某过程不能发生的断言是十分肯定的。而关于某过程可能发生的断言则仅指有发生的可能性，它不涉及速率问题。
§3-1 热力学第二定律
1. 自发过程
自发过程：在自然条件（不需外力帮助）下能
够自动发生的过程
非自发过程：自发过程的逆过程
一切自发过程都是不可逆的。
不过要注意自发过程并非不可逆转，但必须外力帮助(外界对之做功)。
例如：
用制冷机可以将热由低温物体转移到高温物体；
用压缩机可将气体由低压容器抽出，压入高压
容器；
用水泵可以将水从低处打到高处。
但这一切外界必须付出代价，做出相应的功，而不是自发逆转。也就是说自发过程进行后，虽然可以逆转，使系统回复到原状，但环境必须消耗功。系统复原，但环境不能复原。
所以一切自发过程都是不可逆的。
2. 热、功转换
热力学第二定律是人们在研究热机效率的基础上建立起来的，所以早期的研究与热、功转换有关。
热功转换的方向性：
功可以全部转化为热
热转化为功却是有限制的——热机效率问题
蒸汽热机工作原理：利用燃料煤燃烧产生的热，使水（工作介质）在高压锅炉内变为高温、高压水蒸气，然后进入绝热的气缸膨胀从而对外作功，而膨胀后的水蒸气进入冷凝器降温并凝结为水（向冷凝器散热过程），然后水又被泵入高压锅炉循环使用
蒸汽热机能量转化总结果：
从高温热源吸收的热（Q1），一部分对外做了功（—W），另一部分（ Q2 ）传给了低温热源（冷凝器）
热机效率：指热机对外做的功与从高温热源吸收的热量之比
若热机不向低温热源散热，即吸收的热全部用来对外作功，此时热机效率可达到100%，实践证明，这样的热机——第二类永动机是根本不能实现的。
第二类永动机的不可能性说明热转化为功是有限度的
2. 热力学第二定律
热不能自动从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化”。
——Clausius说法
“不可能从单一热源吸热使之全部对外作功而不产生其
它变化”。（第二类用动机是不可能的）
——Kelvin说法
Clausius说法指明高温向低温传热过程的不可逆性
Kelvin说法指明了功热转换的不可逆性
两种说法完全等价