物理化學(xué)(胡英-第四版)配套課件熱力學(xué)第二定律

物理化學(xué)(胡英-第四版)配套課件熱力學(xué)第二定律

創(chuàng)作者：時(shí)間：2024年X月目錄第1章熱力學(xué)基礎(chǔ)第2章理想氣體的熱力學(xué)第3章熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用第4章熵的統(tǒng)計(jì)解釋第5章熱力學(xué)函數(shù)的性質(zhì)第6章熵的應(yīng)用第7章總結(jié)與展望01第1章熱力學(xué)基礎(chǔ)

熱力學(xué)的定義和基本概念熱力學(xué)是研究能量轉(zhuǎn)化和傳遞規(guī)律的科學(xué)。在熱力學(xué)中，系統(tǒng)與環(huán)境的區(qū)分至關(guān)重要，系統(tǒng)是我們研究的對象，而環(huán)境是系統(tǒng)之外的一切。狀態(tài)量是系統(tǒng)狀態(tài)的固有屬性，而過程量則是系統(tǒng)在過程中的變化量。

熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)的總能量在任何過程中始終保持不變能量守恒定律系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于系統(tǒng)所吸收的熱量和對外界所做的功的總和內(nèi)能與熱、功的關(guān)系在等容過程中，體積不變；在等溫過程中，溫度不變；在等壓過程中，壓強(qiáng)不變等容、等溫、等壓過程的特點(diǎn)

熱力學(xué)第二定律最高效率的熱機(jī)卡諾熱機(jī)原理系統(tǒng)無序程度的度量熵的概念和意義熱量不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體克勞修斯表述和普朗克表述

熱力學(xué)熵的統(tǒng)計(jì)解釋熵可看做微觀狀態(tài)數(shù)量的對數(shù)熵增原理麥克斯韋分布律描述氣體速度分布的規(guī)律氣體分子速度分布函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的應(yīng)用熱力學(xué)函數(shù)的計(jì)算熵增的原因熱力學(xué)第三定律絕對零度的概念溫度絕對不可能達(dá)到的零點(diǎn)熱力學(xué)上的理想狀態(tài)總結(jié)熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的核心之一，它揭示了自然界中不可逆過程的本質(zhì)。通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一、第二、第三定律，我們可以深入理解能量轉(zhuǎn)化、熵增原理等重要概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。02第2章理想氣體的熱力學(xué)

導(dǎo)致分子間距離遠(yuǎn)，無摩擦或形變分子間相互作用微弱0103氣體分子體積可忽略不計(jì)分子無體積02可以用經(jīng)典力學(xué)描述氣體的行為分子質(zhì)點(diǎn)模型適用查理定律描述溫度與體積的關(guān)系適用于低溫下氣體Gay-Lussac定律描述壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系適用于高溫下氣體理想氣體狀態(tài)方程整合三個(gè)定律，PVnRT適用于理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)玻意耳定律描述壓強(qiáng)與體積的關(guān)系適用于低壓下氣體非理想氣體的修正考慮分子體積和分子間相互作用力VanderWaals方程考慮壓縮因子和溫度Benedict-Webb-Rubin方程適用于極高溫度或壓力下的氣體Principal方程

內(nèi)能和焓內(nèi)能是氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)能量，與溫度相關(guān)；焓是氣體的焓變，描述在恒壓下的能量變化。準(zhǔn)絕熱指數(shù)反映氣體的對壓縮、膨脹的敏感程度，麥?zhǔn)详P(guān)系為理想氣體的熱力學(xué)函數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系?？ㄖZ循環(huán)卡諾循環(huán)是一個(gè)理想化的熱機(jī)模型，由等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮和絕熱壓縮四個(gè)過程組成。卡諾熱機(jī)效率為1-低溫?zé)嵩礈囟扰c高溫?zé)嵩礈囟戎?。凝聚相和汽相的平衡態(tài)是指液體和氣體之間的平衡狀態(tài)。

03第三章熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

熱效應(yīng)熱效應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的熱量。其中反應(yīng)焓是反應(yīng)過程中釋放或吸收的熱量，可以通過實(shí)驗(yàn)方法測定。燃燒熱和生成熱也是熱效應(yīng)的重要概念。

化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡熵變在反應(yīng)中的作用反應(yīng)熵測定熵變的實(shí)驗(yàn)方法反應(yīng)熵的測定方法自由能變化與反應(yīng)進(jìn)行方向反應(yīng)自由能

反應(yīng)的溫度變化反應(yīng)過程中溫度的變化是一個(gè)重要的熱力學(xué)參數(shù)。等壓過程和等容過程中溫度變化的計(jì)算方法不同，反應(yīng)的絕熱溫度變化也需要特別注意。

積分反應(yīng)熱計(jì)算過程積分反應(yīng)熱與反應(yīng)熵的關(guān)系絕熱反應(yīng)熵絕熱過程中的熵變絕熱反應(yīng)熵的應(yīng)用

等溫反應(yīng)與絕熱反應(yīng)熱力學(xué)平衡常數(shù)常數(shù)的計(jì)算方法常數(shù)與反應(yīng)速率的關(guān)系總結(jié)反應(yīng)焓、反應(yīng)熵、反應(yīng)自由能重點(diǎn)概念測定反應(yīng)焓、反應(yīng)熵的實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法熱力學(xué)平衡、溫度變化對反應(yīng)的影響應(yīng)用

04第四章熵的統(tǒng)計(jì)解釋

了解統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本原理統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本概念0103系統(tǒng)熵與微觀態(tài)數(shù)的對應(yīng)關(guān)系系統(tǒng)的熵與微觀態(tài)數(shù)的關(guān)系02微觀與宏觀之間的關(guān)系微觀狀態(tài)和宏觀狀態(tài)熵增加原理推導(dǎo)熵增加的基本原理熵增原理的推導(dǎo)熵增原理在實(shí)際中的應(yīng)用熵增原理的應(yīng)用判斷過程是否可逆的依據(jù)不可逆過程的判據(jù)

熵變的幾何表述熵是一個(gè)物理體系不可逆性的度量，通過輻射場中的熵和等概率分布的關(guān)系，可以更好地理解熵的變化情況。微觀圖像也能解釋熵變的原理。玻爾茲曼分布律關(guān)于粒子在能級(jí)上的分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的基本方程熱力學(xué)基本方程的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋

熵的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋經(jīng)典麥克斯韋分布描述了氣體分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)力學(xué)圖解統(tǒng)計(jì)力學(xué)是研究大量微粒的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的物理學(xué)分支，通過統(tǒng)計(jì)方法揭示了宏觀性質(zhì)背后的微觀規(guī)律。

不可逆過程的定義和特性不可逆過程的特點(diǎn)0103熵變與過程的趨勢關(guān)系熵變的趨勢性02熵增加的物理解釋熵增加的原因熵變的微觀圖像從分子角度解釋熵變分子層面的解釋微觀狀態(tài)對熵變的影響微觀狀態(tài)變化熵增加對系統(tǒng)的影響熵增加的影響

05第五章熱力學(xué)函數(shù)的性質(zhì)

描述系統(tǒng)的總能量內(nèi)能0103判斷系統(tǒng)是否發(fā)生變化的指標(biāo)自由能02在恒壓過程中的重要熱力學(xué)函數(shù)焓熱力學(xué)函數(shù)的變化規(guī)律不同條件下熱力學(xué)函數(shù)的變化規(guī)律邊界條件下的熱力學(xué)函數(shù)變化不同系統(tǒng)中熱力學(xué)函數(shù)的變化規(guī)律閉合系統(tǒng)和開放系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)熱力學(xué)函數(shù)達(dá)到最值的條件熱力學(xué)函數(shù)的極大極小條件

函數(shù)關(guān)系相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系積分形式通過積分求解熱力學(xué)函數(shù)

熱力學(xué)函數(shù)的微分形式微分形式導(dǎo)數(shù)為熱力學(xué)量熱力學(xué)平衡的幾何表示探討吉布斯平衡標(biāo)準(zhǔn)、等溫變化的熱力學(xué)平衡以及熵的統(tǒng)計(jì)解釋，通過圖文形式展示內(nèi)容，幫助理解與記憶。

熵的統(tǒng)計(jì)解釋分子在不同狀態(tài)下的示意圖分子示意分子熱運(yùn)動(dòng)的概率分布概率分布熵變?yōu)榱愕钠胶鉅顟B(tài)平衡狀態(tài)

吉布斯平衡的條件要求條件規(guī)范0103實(shí)際應(yīng)用中的吉布斯平衡案例應(yīng)用示例02吉布斯平衡的標(biāo)準(zhǔn)解釋標(biāo)準(zhǔn)解釋總結(jié)本章討論了熱力學(xué)函數(shù)的性質(zhì)、變化規(guī)律、微分形式和熱力學(xué)平衡的幾何表示等內(nèi)容，對熱力學(xué)的理解提供了重要基礎(chǔ)，是熱力學(xué)學(xué)習(xí)中必不可少的一環(huán)。06第六章熵的應(yīng)用

確定反應(yīng)熵的數(shù)值反應(yīng)熵的計(jì)算0103熵變在平衡態(tài)研究中的重要性熵變在平衡態(tài)分析中的應(yīng)用02自由能與熵變的關(guān)系探究反應(yīng)自由能與反應(yīng)熵的關(guān)系熵在熱平衡中的應(yīng)用熱平衡中熵的重要性熵在熱平衡中的應(yīng)用函數(shù)值與熵的聯(lián)系熱力學(xué)函數(shù)的值與熵的關(guān)系熵增原理在熱平衡研究中的應(yīng)用熵增原理在熱平衡中的應(yīng)用

固液相變中的熵變在固液相變中，熵變是一項(xiàng)重要的考慮因素，它反映了系統(tǒng)在相變過程中的微觀排列方式的變化。固液相變的熵變值隨著物質(zhì)的特性而變化，了解其數(shù)值有助于進(jìn)一步研究相變過程中的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。固氣相變中的熵變固氣相變的熵變特點(diǎn)固氣相變的影響因素熵在化學(xué)工程中的應(yīng)用熵在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用實(shí)際工程中的熵變計(jì)算

熵在相變中的應(yīng)用液氣相變中的熵變液氣相變的熵變表現(xiàn)氣液相變的能量變化熵變與工程效率的關(guān)系熵變在化學(xué)工程中扮演著重要角色，它與工程效率密切相關(guān)。通過控制熵變的大小和方向，可以提高工程系統(tǒng)的效率，減少能量損失，并實(shí)現(xiàn)更好的工程性能。

07第七章總結(jié)與展望

熱力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域熱力學(xué)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、生物等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論支持。熱力學(xué)的應(yīng)用不僅限于學(xué)術(shù)研究，還涉及到工業(yè)生產(chǎn)、能源利用等方面，對社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。未來，隨著科技的發(fā)展，熱力學(xué)仍將在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量?？偨Y(jié)第一、第二、第三定律的內(nèi)容和應(yīng)用熱力學(xué)定律對熱力學(xué)系統(tǒng)性質(zhì)的總結(jié)和描述熱力學(xué)函數(shù)熵對系統(tǒng)平