新版热力学第二定律ppt课件

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1、上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分不可能把热从低温不可能把热从低温物体传到高温物体，物体传到高温物体，而不引起其它变化。而不引起其它变化。物理化学物理化学BI第二章第二章2024/4/30不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。物理化学上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章第二章 热力学第二定律热力学第二定律2.1 自发变化的共同特

2、征自发变化的共同特征2.2 热力学第二定律热力学第二定律2.3 熵判据的建立熵判据的建立2.4 熵变的计算及熵判据的应用熵变的计算及熵判据的应用2.6 熵的统计意义和热力学第二定律的本质熵的统计意义和热力学第二定律的本质2.7 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能判据亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能判据2.5 热力学第三定律与规定熵热力学第三定律与规定熵2.8 G与与 A的计算示例的计算示例2.9 几个热力学函数间的关系几个热力学函数间的关系2024/4/30第二章 热力学第二定律2.1 自发变化的共同特征2.2上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而

3、完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分热力学函数的基本关系式热力学函数的基本关系式(教材教材教材教材717175)75)&2.9.1 定义式关系定义式关系&2.9.2 基本（微分）关系式基本（微分）关系式&2.9.3 对应系数关系式对应系数关系式&2.9.4 Maxwell关系式关系式2024/4/30热力学函数的基本关系式(教材7175)2.9.1 定义式上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分定义式关系定义式关系 定义式适用于任何热力学平衡态体

4、系，只是在特定的条件下才有明确的物理意义。2024/4/30定义式关系 定义式适用于任何热力学平衡态体系，只是在特上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分函数间关系的图示式函数间关系的图示式2024/4/30函数间关系的图示式2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分基本关系式基本关系式-Gibbs公式公式 1876 187618781878

5、年，年，GibbsGibbs，康乃狄格科学院院报：康乃狄格科学院院报：论非均相物质之平衡论非均相物质之平衡 2024/4/30基本关系式-Gibbs公式 18761878年上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分推导推导2024/4/30推导2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分其余几个用定义式推导，如：其余几个用定义式推导，如：2024

6、/4/30其余几个用定义式推导，如：2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分适用条件适用条件：（1 1）封闭体系、组成恒定、）封闭体系、组成恒定、W=0W=0；说明：说明：（2）若体系组成发生改变（若体系组成发生改变（相变、化学反应相变、化学反应等），等），Gibbs公式只有公式只有可逆可逆时才适用。时才适用。即：组成可变、即：组成可变、W=0、可逆过程。可逆过程。对于对于组成可变的实际过程组成可变的实际过程，基本关系式，基本关系式在在后面章节中后面章节中讨

7、论！讨论！2024/4/30适用条件：（1）封闭体系、组成恒定、W=0；说明：（2在下列过程中，哪些可以应用在下列过程中，哪些可以应用在下列过程中，哪些可以应用在下列过程中，哪些可以应用GibbsGibbsGibbsGibbs公式，公式，公式，公式，哪些不能用？哪些不能用？哪些不能用？哪些不能用？（1 1）NONO2 2气体缓慢膨胀，始终保持化学平衡气体缓慢膨胀，始终保持化学平衡（2 2）NONO2 2气体以一定速率膨胀，解离出的气体以一定速率膨胀，解离出的 NO+1/2ONO+1/2O2 2 总是比平衡组成落后一段总是比平衡组成落后一段（3 3）SOSO3 3在不解离为在不解离为SOSO2

8、2+1/2O+1/2O2 2的条件下膨胀的条件下膨胀（4 4）水在）水在p p、-10-10时结冰时结冰（5 5）水在）水在p p、2525时蒸发成同温同压的水蒸气时蒸发成同温同压的水蒸气（6 6）可逆电池内的化学反应）可逆电池内的化学反应 A AB+CB+C2024/4/30在下列过程中，哪些可以应用Gibbs公式，哪些不能用？（1）上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分热力学基本关系式热力学基本关系式 第一定律和第二定律的综合，它包含着热第一定律和第二定律的综合，它包含

9、着热力学理论的全面信息，是热力学理论框架的中力学理论的全面信息，是热力学理论框架的中心。几个式子之间是完全等价的，心。几个式子之间是完全等价的，任何一个任何一个都都可以代表基本关系式。可以代表基本关系式。2024/4/30热力学基本关系式 第一定律和第二定律的综合，它包含上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分特性函数特性函数 对于对于U，H，S，A，G 等热力学函数，只要其独等热力学函数，只要其独立变量选择合适，就可以从一个已知的热力学函数求立变量选择合适，就可以从一个已知

10、的热力学函数求得所有其它热力学函数，从而可以把一个热力学体系得所有其它热力学函数，从而可以把一个热力学体系的平衡性质完全确定下来。的平衡性质完全确定下来。这个已知函数就称为这个已知函数就称为特性函数特性函数，所选择的独立变，所选择的独立变量就称为该特性函数的量就称为该特性函数的特征变量特征变量。常用的特征变量为：常用的特征变量为：A(T,V)A(T,V)2024/4/30特性函数 对于U，H，S，A，G 等热力学函数，只要其上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分特性函数特性

11、函数 例如，从特性函数例如，从特性函数G及其特征变量及其特征变量T，p，求求H，U，A，S等函数的表达式。等函数的表达式。导出：导出：A A=G-PV=G-PV2024/4/30特性函数 例如，从特性函数G及其特征变量T，p，求H，上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分对应系数关系式对应系数关系式从基本公式导出的关系式：2024/4/30对应系数关系式从基本公式导出的关系式：2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统

12、相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分对应系数关系式对应系数关系式 推导公式时作推导公式时作等量代换等量代换用，用，使用时必须注意使用时必须注意下标下标！2024/4/30对应系数关系式 推导公式时作等量代换用，使用时必须注意下标！上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分MaxwellMaxwell关系式关系式全微分的性质全微分的性质设函数设函数 z 的独立变量为的独立变量为x，y，z具有全微分性质具有全微分性质所以所以M 和和N也是也

13、是 x，y 的函数的函数2024/4/30Maxwell关系式全微分的性质设函数 z 的独立变量为x，上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 热力学函数是状态函数，数学上具有全微分性质，将上述关系式用到四个基本公式中，就得到Maxwell关系式：Maxwell 关系式关系式MaxwelldA=-SdT-pdV2024/4/30 热力学函数是状态函数，数学上具有全微分性质，将上述关上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完

14、成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分James Clerk Maxwell(18311879)麦克斯韦麦克斯韦，英国物理学家。英国物理学家。1616岁进入爱丁堡大学，岁进入爱丁堡大学，18501850年转入剑桥年转入剑桥大学研习数学，大学研习数学，18541854年以优异成绩毕业，年以优异成绩毕业，并留校任职。并留校任职。18561856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。哲学教授。18601860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。文学教授。18651865年辞去教职还乡，专心治学和著述。年辞去教

15、职还乡，专心治学和著述。18711871年受聘为剑桥大学的实验物理学教年受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该校的第一所物理学实验授，负责筹建该校的第一所物理学实验室室卡文迪许实验室，卡文迪许实验室，18741874年建成后年建成后担任主任。担任主任。2024/4/30James Clerk Maxwell(18311879上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分科学成就科学成就1 1麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典

16、电经典电磁场理论和光的电磁理论磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在。18731873年，年，麦克斯韦完成巨著麦克斯韦完成巨著电磁学通论电磁学通论，这是一部可以同牛顿的，这是一部可以同牛顿的自然哲学的数学原理相媲美的书，具有划时代的意义。自然哲学的数学原理相媲美的书，具有划时代的意义。2 2麦克斯韦在电磁学实验方面也有重要贡献。此外他还发麦克斯韦在电磁学实验方面也有重要贡献。此外他还发明了麦克斯韦电桥。明了麦克斯韦电桥。3 3麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭的。他麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭的。他运用数学统计的方法导出了运用数学统计的方法导出了分子

17、运动的麦克斯韦速度分布律分子运动的麦克斯韦速度分布律。James Clerk Maxwell(18311879)2024/4/30科学成就James Clerk Maxwell(1831上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分交叉微商式交叉微商式 2024/4/30交叉微商式 2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分常用的是后两式：常用的是

18、后两式：利用该关系式可利用该关系式可将实验可测偏微商来代替那些不将实验可测偏微商来代替那些不易直接测定的偏微商易直接测定的偏微商。2024/4/30常用的是后两式：利用该关系式可将实验可测偏微商来代替上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分关于关系式的记忆关于关系式的记忆2024/4/30关于关系式的记忆2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成

19、部分（1 1）求）求U随随V的变化关系的变化关系Maxwell 关系式的应用关系式的应用已知基本公式已知基本公式等温对等温对V求偏微分求偏微分2024/4/30（1）求U随V的变化关系Maxwell 关系式的应用已知基本上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用不易测定，根据不易测定，根据Maxwell关系式关系式所以所以只要知道气体的状态方程，就可得到只要知道气体的状态方程，就可得到 值，即值，即等温时热力学能随体积的变化值。等温时热力

20、学能随体积的变化值。热力学状态方程热力学状态方程2024/4/30Maxwell 关系式的应用不易测定，根据Maxwell关系上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用解解：对理想气体，：对理想气体，例例1 1 证明理想气体的热力学能只是温度的函数。证明理想气体的热力学能只是温度的函数。所以，理想气体的热力学能只是温度的函数。所以，理想气体的热力学能只是温度的函数。试证：试证：2024/4/30Maxwell 关系式的应用解：对理想气体，

21、例1 证明理想上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用知道气体的状态方程，求出知道气体的状态方程，求出 的值，就可计算的值，就可计算 值。值。例例2 2 利用利用 的关系式，可以求出气体在状的关系式，可以求出气体在状态变化时的态变化时的 值。设某气体从值。设某气体从P1,V1,T1至至P2,V2,T2，求求解：2024/4/30Maxwell 关系式的应用知道气体的状态方程，求出 上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压

22、器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用（2 2）求）求H 随随 p 的变化关系的变化关系?已知基本公式已知基本公式等温对等温对p求偏微分求偏微分不易测定，据不易测定，据Maxwell关系式关系式所以所以只要知道气体的状态方程，就可求得只要知道气体的状态方程，就可求得 值，即等温时焓随压力的变化值。值，即等温时焓随压力的变化值。热力学状态方程热力学状态方程2024/4/30Maxwell 关系式的应用（2）求H 随 p 的变化关系?上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、

23、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用解解：例例1 1 证明理想气体的焓只是温度的函数。证明理想气体的焓只是温度的函数。所以，理想气体的焓只是温度的函数。所以，理想气体的焓只是温度的函数。对理想气体，对理想气体，试证：试证：2024/4/30Maxwell 关系式的应用解：例1 证明理想气体的焓只是上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应

24、用知道气体状态方程，求出知道气体状态方程，求出 值，就可计算值，就可计算 值。值。解解：设某气体从：设某气体从P1,V1,T1至至 P2,V2,T2，例例2 2 利用利用 关系式，求气体状态变化时的关系式，求气体状态变化时的 值。值。2024/4/30Maxwell 关系式的应用知道气体状态方程，求出 上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用 解解：已知已知例例3 3 利用利用 的关系式求的关系式求 。从气体状态方程求出从气体状态方程求

25、出 值，从而得值，从而得 值，值，并可解释为何并可解释为何 值有时为正，有时为负，有时为零值有时为正，有时为负，有时为零。2024/4/30Maxwell 关系式的应用 解：已知例3 利用 上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用（3 3）求）求 S 随随 p 或或V 的变化关系的变化关系等压热膨胀系数（等压热膨胀系数（isobaric thermal expansirity）定义：定义：则则根据根据Maxwell关系式：关系式：从状态

26、方程求得从状态方程求得 与与 的关系的关系,就可求就可求 或或 。2024/4/30Maxwell 关系式的应用（3）求 S 随 p 或V 的变上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用例如，对理想气体例如，对理想气体2024/4/30Maxwell 关系式的应用例如，对理想气体2023/7/3上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一

27、个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用（4 4）Cp与与CV的关系的关系根据热力学第一定律根据热力学第一定律设设 ，则则保持保持p不变，两边各除以不变，两边各除以 ，得：得：2024/4/30Maxwell 关系式的应用（4）Cp与CV的关系根据热力学上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用将式代入式得根据应用（1）代入式得 只要知道气体的状态方程，代入可得 的值。若是理想气体，则2024/4/30Maxwell 关系式

28、的应用将式代入式得根据应用上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用运用偏微分的循环关系式则将式代入式得定义膨胀系数 和压缩系数 分别为：代入上式得：2024/4/30Maxwell 关系式的应用运用偏微分的循环关系式则将上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Maxwell 关系式的应用关系式的应用由式可见：（2）因

29、总是正值，所以（3）液态水在 和277.15 K时，有极小值，这时 ，则，所以 。（1）T 趋近于零时，2024/4/30Maxwell 关系式的应用由式可见：（2）因 总是上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例例试证明：试证明：2024/4/30例试证明：2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分证：证：首先要用到一个偏微商关系式首先要

30、用到一个偏微商关系式和一个等式和一个等式2024/4/30证：首先要用到一个偏微商关系式和一个等式2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分方法方法1等式两边都包含了等式两边都包含了T T、p p、S S三个量，从循环关系式出发三个量，从循环关系式出发2024/4/30方法1等式两边都包含了T、p、S三个量，从循环关系式出发上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线

31、组成中一个重要组成部分方法方法2 当当dS=0dS=0时，时，2024/4/30方法2 当dS=0时，2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分方法方法3 从从MaxwellMaxwell关系式出发：关系式出发：将右边拆成两项偏微商之积：将右边拆成两项偏微商之积：2024/4/30方法3 从Maxwell关系式出发：将右边拆成两项偏微上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电

32、力系统接线组成中一个重要组成部分Question 2024/4/30Question 2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Homework教材教材111111页第页第9 9题。题。2024/4/30Homework教材111页第9题。2023/7/31上一内容下一内容回主目录变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Exercise 1 1.苯在正常沸点苯在正常

33、沸点353 353 K K时摩尔汽化焓为时摩尔汽化焓为30.75 30.75 kJmolkJmol-。今将今将353 353 K K，101.3kPa101.3kPa下的下的1 1molmol液态液态苯向真空等温蒸发变为同温同压的苯蒸气苯向真空等温蒸发变为同温同压的苯蒸气(设为理设为理想气体想气体)。(i)i)求此过程的求此过程的Q Q,W W,U U,H H,S S,A A和和G G;(ii)(ii)应用有关原理应用有关原理,判断此过程是否为自发过程判断此过程是否为自发过程?2 2.4mol.4mol理想气体从理想气体从300300K K、p py y下等压加热到下等压加热到600600K K，求此过程的求此过程的U U,H H,S S,A A,G G。已知此理想气已知此理想气体的体的S Sm my y(300K)(300K)150.0 JK150.0 JK-molmol-,C Cp p,m,m30.00JK30.00JK-molmol-。2024/4/30Exercise 1.苯在正常沸点353 K时摩尔汽化焓