第三章-热力学第二定律.ppt

第三章热力学第二定律卡诺循环和卡诺定理§3.1卡诺循环和卡诺定理§3.2热力学第二定律§3.3熵的概念、定理和计算§3.4亥姆霍兹函数和吉布斯函数(3)熵变的计算单纯pVT变化过程的熵变环境及隔离系统的熵变相变化过程的熵变化学变化过程的熵变单纯pVT变化过程的熵变凝聚态物质和一般气体的熵变计算P115-例3.4.1在容积为200cm3的绝热容器中有始态为0℃，100kPa的Ar(g)及100℃的Cu(s)500g.求达到平衡态时的T,p及过程的△H,△S。已知：Cp,m(Ar)=20.786J.mol-1.K-1,Cp,m(Cu)=24.435J.mol-1.K-1.Ar(g)适于理想气体状态方程。理想气体pVT变化的熵变计算P119-例3.4.2始态为0℃，100kPa的2mol单原子理想气体B与150℃，100kPa的5mol双原子理想气体C，在恒压100kPa下绝热混合达到平衡，求过程的W,△U，△S。环境及隔离系统的熵变相变化过程的熵变见p121,例3.5.1化学变化过程的熵变摩尔反应熵变标准摩尔反应熵变标准摩尔反应熵随温度的变化1.亥姆霍兹函数/亥姆霍兹自由能亥姆霍兹（vonHelmholz,1821~1894,德国人）定义了一个状态函数,称亥姆霍兹函数，又称亥姆霍兹自由能(Helmholzfreeenergy)亥姆霍兹函数可以作为过程的判据；亥姆霍兹函数是状态函数；亥姆霍兹函数单位J，广度量；亥姆霍兹函数的变化等于恒温过程的可逆功；亥姆霍兹函数的变化等于恒温、恒容过程的可逆非体积功；2.吉布斯函数/吉布斯自由能吉布斯（GibbsJ.W.,1839~1903）定义了一个状态函数，称为吉布斯函数，又称吉布斯自由能（Gibbsfreeenergy）吉布斯函数可以作为过程的判据；吉布斯函数是状态函数；吉布斯函数单位J，广度性质；吉布斯函数变化等于系统恒温、恒压下所作的可逆非体积功；3.恒温过程的△A、△G的计算根据定义式计算：理想气体恒温膨胀、压缩过程：p134恒温、恒压可逆相变过程：**物理化学第三章热力学第二定律热力学第二定律熵的概念、定律和计算亥姆霍兹和吉布斯函数的概念、计算热力学基本方程及主要应用1.卡诺循环(Carnotcycle)1824年，法国工程师N.L.S.Carnot(1796—1832)设计的卡诺循环成功的解决了热机效率问题.(1)卡诺循环介绍卡诺循环---以理想气体为工作物质，从高温Th热源吸收Qh和的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分的热量Ql放给低温Tl热源。这种循环称为卡诺循环(2)卡诺循环步骤第1步：等温可逆膨胀A(p1V1Th)→B(p2V2Th)第2步：绝热可逆膨胀B(p2V2Th)→C(p3V3Tl)第3步：等温可逆压缩C(p3V3Tl)→D(p4V4Tl)第4步：绝热可逆压缩D(p4V4Tl)→A(p1V1Th)整个过程：ABCD曲线所围面积为热机所作的功。卡诺循环---在两个不同温度的热源之间，进行由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩、绝热可逆压缩四个连续过程构成的理想循环，称为卡诺循环。卡诺循环是介绍热、功转化的一个理想的理论模型。热机---能从高温热源Th吸热、向低温热源Tl放热并对环境做功的循环操作机器。热机效率---在一次循环中，热机对环境所做的功与其从高温热源吸收的热量之比。卡诺热机（可逆）效率---卡诺热机（可逆）的热温商---2.卡诺定理(Carnot’slaw)卡诺定理---所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆机，即可逆机的效率最大。卡诺定理推论---所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相等，即与热机的工作物质无关。任意小循环的热温商任意无限大循环卡诺定理意义：引入，解决了热机效率的极限值问题。1.热力学第二定律自发过程---不需要人为的因素，而自然发生的过程。自发过程的特征：不可逆性，即,自发过程为不可逆过程，是不能自动进行的过程。（1）自发过程水：高处?低处?平衡（水位相等） 抽水机做功,耗能热：高温?低温?平衡（温度相等） 冷冻机气体：高压?低压?平衡（压力相等） 压缩机溶质：高浓度?低浓度(扩散)?平衡(浓度相等)（2）热力学第二定律的经典表述克劳修斯说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化”。开尔文说法：“不可能由单一热源取