物理化学第二章幻灯片.ppt
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1、物理化学第二章第1页,共35页,编辑于2022年,星期日第二章习题第二章习题 第第4题题 一导热良好的固定隔板将一无摩擦绝热活塞的绝热气缸分一导热良好的固定隔板将一无摩擦绝热活塞的绝热气缸分成左右两室成左右两室,左室中充入左室中充入1 mol A,右室中充入右室中充入2 mol B,设,设A 和和B均为理想气体且均为理想气体且A为单原子气体,为单原子气体,B为双原子气体,起始温度均为为双原子气体,起始温度均为300 K,压力均为,压力均为101.325 Pa,始态如图所示,图中,始态如图所示,图中C为销钉,为销钉,pe为为50.663Pa。(a)若将绝热活塞上的销钉若将绝热活塞上的销钉C拔掉,
2、求平衡时,该过程的功及体拔掉,求平衡时,该过程的功及体系的熵变。系的熵变。(b)若拔掉销钉后使其可逆膨胀至若拔掉销钉后使其可逆膨胀至pe,则该过程的功和体系熵又,则该过程的功和体系熵又为何值。为何值。ABpeC第2页,共35页,编辑于2022年,星期日关于热力学第二定律两种说关于热力学第二定律两种说法的等效性法的等效性反克劳修斯过程反克劳修斯过程+热机热机=?反开尔文过程反开尔文过程+致冷机致冷机=?第3页,共35页,编辑于2022年,星期日从熵的角度反过来看从熵的角度反过来看克氏说法和开氏说法克氏说法和开氏说法(1)假设实现了克劳修斯反过程,即有一定的热量假设实现了克劳修斯反过程,即有一定的
3、热量dQ从低温热从低温热源(源(T1)传到高温热源()传到高温热源(T2),而不引起其他变化。则,对),而不引起其他变化。则,对此两热源构成的孤立体系:此两热源构成的孤立体系:(2)假设实现了开尔文反过程,即可从温度为假设实现了开尔文反过程,即可从温度为T的单一热源取出热的单一热源取出热量量dQ做功,而不引起其他变化。则对此孤立体系:做功,而不引起其他变化。则对此孤立体系:第4页,共35页,编辑于2022年,星期日“熵恒增熵恒增”=“能贬值能贬值”设某系统,温度为设某系统,温度为T 时可输出热量时可输出热量Q,其周围介质温度为,其周围介质温度为T0,可构成卡诺热机的效率:可构成卡诺热机的效率:
4、产生的机械功:产生的机械功:热量中不可用部分:热量中不可用部分:设先将热量设先将热量Q 传给温度为传给温度为T(TTT0)的另一物体,然后在此物体的另一物体,然后在此物体和介质之间借助卡诺热机将热量和介质之间借助卡诺热机将热量Q取出。取出。产生的机械功:产生的机械功:热量中不可用部分:热量中不可用部分:第5页,共35页,编辑于2022年,星期日以上两种情形相比,能量不可用部分的增量为:以上两种情形相比,能量不可用部分的增量为:温度为温度为T 和和T 两个物体构成的体系进行热量两个物体构成的体系进行热量Q传导时的传导时的熵增为:熵增为:则能量不可用部分的增量也可表示为:则能量不可用部分的增量也可
5、表示为:因此因此 熵可作为能量不可用程度的度量熵可作为能量不可用程度的度量 熵增过程导致的后果是熵增过程导致的后果是“能量贬值能量贬值”第6页,共35页,编辑于2022年,星期日有序能有序能无序能无序能 热热功功熵有可能用来衡量系熵有可能用来衡量系统的无序程度统的无序程度第7页,共35页,编辑于2022年,星期日S=klogW墓碑上的公式墓碑上的公式学术之争学术之争玻耳兹曼:玻耳兹曼:从原子论的角度探讨微观机制。从原子论的角度探讨微观机制。奥斯特瓦尔德:坚守热力学唯象观点的壁垒,不敢越奥斯特瓦尔德:坚守热力学唯象观点的壁垒,不敢越 雷池一雷池一步。步。1906年,玻耳兹曼以自杀结束学术之争年,
6、玻耳兹曼以自杀结束学术之争此前一年,爱因斯坦发表布朗运动重要论文此前一年,爱因斯坦发表布朗运动重要论文1908年,奥斯特瓦尔德宣布:年,奥斯特瓦尔德宣布:“原子假说已经成为一种基础巩固的科学理论原子假说已经成为一种基础巩固的科学理论”第8页,共35页,编辑于2022年,星期日“不可能性不可能性”的正面价值的正面价值(1)永动机不可能;永动机不可能;任何机器都不可能具有大于任何机器都不可能具有大于1 1的效率;的效率;没有两个热源的热机的不可能工作的;没有两个热源的热机的不可能工作的;绝对零度是不可能达到的;绝对零度是不可能达到的;光速的不可逾越性(相对论);光速的不可逾越性(相对论);粒子的不
7、可区分性(量子统计);粒子的不可区分性(量子统计);不可能同时测准一个粒子的位置和动能(量子力不可能同时测准一个粒子的位置和动能(量子力学)学);第9页,共35页,编辑于2022年,星期日“不可能性不可能性”的正面价值的正面价值(2)p“不可能性不可能性”的建立,说明现实世界蕴涵着某种的建立,说明现实世界蕴涵着某种出乎意料的内在关联出乎意料的内在关联,导致了某些人类长期怀有的,导致了某些人类长期怀有的美梦的破灭。美梦的破灭。p热力学、相对论和量子力学,都起源于发现了这些热力学、相对论和量子力学,都起源于发现了这些不可能性。不可能性。p以以“不可能性不可能性”为基础同样可以来表述自然界为基础同样
8、可以来表述自然界的规律。它们既标志出一种的规律。它们既标志出一种已到达其极限的探已到达其极限的探索的终止索的终止,同时也开辟了许多新机会。,同时也开辟了许多新机会。第10页,共35页,编辑于2022年,星期日关于关于“成功成功”与与“失败失败”(1)卡诺的故事卡诺的故事u17961796年生,年生,18321832年因患霍乱,英年早逝。年因患霍乱,英年早逝。u18241824年,年,2828岁的卡诺提出岁的卡诺提出“单独提供热不足于给出推单独提供热不足于给出推动力,必须还要有冷。没有冷,热将是无用的动力,必须还要有冷。没有冷,热将是无用的”(卡(卡诺,诺,关于火的动力及专门生产这种动力的机器的
9、关于火的动力及专门生产这种动力的机器的见解见解)u18781878年,卡诺的部分遗稿发表。写于年,卡诺的部分遗稿发表。写于1824-18261824-1826年间的年间的笔记中,卡诺已认识到热与功具有当量关系,并对其笔记中,卡诺已认识到热与功具有当量关系,并对其数值进行了估计。数值进行了估计。第11页,共35页,编辑于2022年,星期日“他撇开了这些对主要过程无关紧要的次要他撇开了这些对主要过程无关紧要的次要情况,而构造了一部理想的蒸汽机(或煤气机),情况,而构造了一部理想的蒸汽机(或煤气机),这样一部机器就象几何学上的线和面一样是决不这样一部机器就象几何学上的线和面一样是决不能制造出来的。但
10、是它按照自己的方式起了象这能制造出来的。但是它按照自己的方式起了象这些数学抽象所起的同样的作用,它表现了纯粹的、些数学抽象所起的同样的作用,它表现了纯粹的、独立的、真正的过程独立的、真正的过程”(马克思恩格斯全集,(马克思恩格斯全集,Vol.3,p.590,人民出版社,人民出版社,1966年)年)第12页,共35页,编辑于2022年,星期日关于关于“成功成功”与与“失败失败”(2)迈耶(迈耶(1814-1878)1814-1878)论述了机械能、热能、化学能、电磁能、辐射能之间的转化。论述了机械能、热能、化学能、电磁能、辐射能之间的转化。最早勾画出能量守恒定律的主要轮廓。最早勾画出能量守恒定律
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