中心热力学第二定律题

中心热力学第二定律题的思维导图，包含自发过程的共同特征、热力学第二定律的经典表述、卡诺循环与卡诺定理、熵变得计算及其应用、亥姆霍兹函数与吉布斯函数等。

中心热力学第二定律题

• 2.1自发过程的共同特征
  • （1）具有方向性
  • （2）不能恢复原状
  • 功可自发地全部转化为热，但热不可能全部转变为功而不引起任何其他变化
• 2.2热力学第二定律的经典表述
  • 1.第二类永动机由第二定律解释是不可能的
  • 2.不能从单一热源吸热而不引起任何其他变化
  • 3.一切自发过程的方向问题最终归结为热不能全部转变为功而不引起其它变化
• 2.3卡诺循环与卡诺定理
  • 1mol理想气体作为工作物质
  • 四个过程：1.定温可逆膨胀，Q2=-W1=RT2lnV2/V1 2.绝热可逆膨胀，W2=△U=Cv（T1-T2） 3.定温可逆压缩Q1=-W3=RT1lnV4/V3 4.绝热可逆压缩，W4=△U=C1（T2-T1）
  • 卡诺热机效率η=T2-T1/T2，T2高温，T1低温。冰箱制冷：T1/T2-T1
  • Q1/T1+Q2/T2=0卡诺热机在两个热源之间工作时，两个热源之间的热温商之和=0
  • （1）任何热机的效率不可能比卡诺热机的效率高，卡诺热机的理论效率为100% （2)卡诺热机的效率值与温度有关，与工作物质无关。
• 2.4熵的概念
  • 1.可逆过程的热温商及熵函数的引出：dS=δQ/T
  • 2.不可逆过程的热温商：δQ/T＜dS
  • 热力学第二定律的表达式——克劳修斯不等式：dS≥δQ/T。大于是不可逆，等于是可逆，小于不可能发生--熵判据
  • 孤立系统中所发生的的任意过程总是向着熵增大的方向进行
• 2.5熵变得计算及其应用
  • 1.定温过程的熵变：△S=nRlnP1/P2
  • 2.定压或定容变温过程的熵变：△S=CplnT2/T1或△S=CvlnT2/T1
  • 3.相变化的熵变：△S=△H/T=n△Hm/T（可逆过程才可以）
  • 不在平衡条件下发生的相变化是不可逆过程，△S＞0
• 2.6熵的物理意义及规定熵的计算
  • 1.宏观状态与微观状态:也称热力学概率，用符号Ω表示
  • 2.熵是系统混乱度的度量：S=klnΩ，k为玻尔兹曼常数
  • 3.热力学第三定律及规定熵的计算：在0K时，任何纯物质的完美晶体其熵值为零。不能用有限手续时一个物体冷却到绝对零度。（规定熵）
  • 注意：玻璃态物质不是完美晶体，固体溶液不是纯物质，其熵值在0K时亦不为零
  • 德拜公式：Cv=Cp=αT^3（通常在20K以下要用外推法）α为各种不同物质的特性常数
• 2.7亥姆霍兹函数与吉布斯函数
  • 定温定容系统——亥姆霍兹函数A的引出：A=U-TS △At，v＜0不可逆过程 △At，v=0可逆过程，平衡 △At，v＞0不可能发生
  • 定温定压系统——吉布斯函数G的引出：G=H-TS=A+PV △Gt，v＜0不可逆过程 △Gt,v=0可逆过程，平衡 △Gt,v＞0不可能发生
• 2.8热力学函数的一些重要关系式
  • 热力学函数之间的一些重要关系式 dU=TdS-pdV dH=TdS+VdP dA=-SdT-PdV dG=-SdT+Vdp
  • 麦克斯韦关系式【αM/αy】x=【αN/αx】y
• △G的计算
  • 1.简单状态变化的定温过程的△G=nRlnP2/P1=△A
  • 2.物质发生相变过程的△G （1)如果始态和终态的两相是平衡的，而且P，T相同，则由始态到终态的相变化吉布斯自由能变化等于零，△Gt，p=0（可逆） 如果两相是不平衡的，需要设计可逆平衡来求△G
  • 3.化学反应的△G=△H-T△S
  • 4.△G随温度T的变化——吉布斯-亥姆霍兹公式 [α(△G/T)/αT]p=-△H/T^2 [α(△G)/P]t=V2-V1=△V