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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程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电子教案物理化学电子教案第二章第二章病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.12.1自发变化的共同特征自发变化的共同特征自发变化 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。自发变化的共同特征不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。例如：(1)焦耳热功当量中功自动转变成热；(2)气体向真空膨胀；(3)热量从
2、高温物体传入低温物体；(4)浓度不等的溶液混合均匀；(5)锌片与硫酸铜的置换反应等，它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程克劳修斯（Clausius）的说法：“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（Kelvin）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。”后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。2.
3、2 2.2 热力学第二定律（热力学第二定律（The Second Law The Second Law of Thermodynamicsof Thermodynamics）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.2 2.2.2 熵函数熵函数T1T3A1A3B3B1V1V2VpA2T2B2理想气体理想气体，n molA1A2A3 (V1)B3B2B1 (V2)恒容恒容过程过程 由始态由始态A1、A2、A3分分别膨胀到终态别膨胀到终态B1、B2、B3为一系列为一系列等温等温(T1、T2、T3)可逆膨胀可逆膨胀。病原体侵
4、入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程途径途径A A1 1BB1 1：净热效应为：净热效应为T1T3A1A3B3B1V1V2VpA2T2B2途径途径A A1 1AA2 2BB2 2BB1 1：净热效应为：净热效应为途径途径A A1 1AA3 3BB3 3BB1 1：净热效应为：净热效应为2.2.2 2.2.2 熵函数熵函数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程途径途径A1AiBiB1：净热效应为：净热效应为结论：结论：对所有的可逆途径均相等对所有的可逆途径均相
5、等。始终态相同，途径不同，过程的热始终态相同，途径不同，过程的热 QRi 亦不同。但是亦不同。但是2.2.2 2.2.2 熵函数熵函数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 其其数值只与体系的始终态有关数值只与体系的始终态有关，而与过程，而与过程发生的具体途径无关，具有发生的具体途径无关，具有状态函数状态函数性质。性质。可逆过程可逆过程热温商热温商克劳修斯定义：克劳修斯定义：熵函数熵函数用符号用符号 S 表示，单位为表示，单位为JK-1。（2.2.1）对一微小变化对一微小变化（2.2.2）2.2.2 2.2.2 熵函数熵函
6、数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对一可逆循环对一可逆循环（2.2.2）式（式（2.2.1）和（）和（2.2.2）均为）均为熵的定义式熵的定义式。注意注意：(1)熵熵是体系的是体系的状态函数状态函数。(3)熵熵是一个广度性质，是一个广度性质，具有加和性具有加和性。(2)熵熵与与热温商热温商不能混淆不能混淆。Q/T 的数值与过程有关，式的数值与过程有关，式中中 T为环境温度为环境温度。只有在可逆过程中两者才发生联系。只有在可逆过程中两者才发生联系。可逆过程可逆过程 的的T 为体系温度为体系温度。2.2.2 2.2.2
7、熵函数熵函数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 若体系由同一始态若体系由同一始态A出发经出发经可逆过程可逆过程与与实际过程实际过程II到达相同的终态到达相同的终态B，可逆膨胀过程可逆膨胀过程体系对环境作体系对环境作最大膨胀功最大膨胀功（2.2.4）（2.2.3）必然有必然有2.2.3 2.2.3 变化方向的判断变化方向的判断病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对于等温过程，有对于等温过程，有T体体=T环环=T克劳修斯不等式克劳修斯不等式或或或或
8、0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程0 绝热不可逆绝热不可逆=0 绝热可逆绝热可逆病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程孤立体系：孤立体系：0 不可逆，不可逆，自发自发=0 可逆，可逆，平衡平衡0 自发，不可逆自发，不可逆=0 平衡，可逆平衡，可逆熵增加原理熵增加原理 第二第二定律定律的数学表达式的数学表达式 体系体系+环境环境=大孤立体系大孤立体系2.2.热力学第二定律热力学第二定律病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 对于一个任意的变化
9、可以通过分别计算对于一个任意的变化可以通过分别计算体体系的熵变系的熵变和和环境的熵变环境的熵变，由，由两者的总和两者的总和来判断来判断变化的变化的方向方向与与限度限度。熵判据：熵判据：0 自发自发，不可逆，不可逆=0 平衡平衡，可逆，可逆0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程热力学第一定律：热力学第一定律：或或（2.6.1）联合公式：联合公式：2.6 2.6 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能能病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.热力学第二定律热力学第二定律1.亥姆霍兹自由能亥姆霍兹自
10、由能在在等温条件等温条件下下(T1=T2=T环环=T)T环环dS=d(TS)则则代入代入(2.6.1)式得：式得：或或令令F亥姆霍兹自由能，亥姆霍兹自由能，或或功函功函。状态函数状态函数。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能（2.6.4）0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程对一有限过程对一有限过程 FT W0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程物理意义：物理意义：在在等温可逆过程等温可逆过程中，封闭体系对外所能作的中，封闭体系对外所能作的最大功最大
11、功在在数值上数值上等于功函的降低值等于功函的降低值；在；在等温不可逆过程等温不可逆过程中，体系所中，体系所作的作的功恒小于体系功函的降低功恒小于体系功函的降低。因此，可用功函的改变量。因此，可用功函的改变量与体系所作的功比较来与体系所作的功比较来判断过程的可逆性判断过程的可逆性，并，并可用功函的可用功函的改变值作为恒温可逆功的量度改变值作为恒温可逆功的量度，此即称，此即称F为功函的原因。为功函的原因。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能注意：注意：(1)功函是状态函
12、数功函是状态函数，且为，且为容量性质容量性质。(2)与功函改变量相联系的功为体系的总功与功函改变量相联系的功为体系的总功，包括体积包括体积功和非体积功功和非体积功，其功函与功在概念和性质上完全不同，其功函与功在概念和性质上完全不同，只是在等温可逆过程中，功函的降低值与体系对外所只是在等温可逆过程中，功函的降低值与体系对外所能作的最大功在数值上相等，即能作的最大功在数值上相等，即 FT=WR（可逆过程可逆过程）。）。(3)F U TS，在任意过程中均成立。或者说，非等，在任意过程中均成立。或者说，非等温过程也有功函的改变。温过程也有功函的改变。(4)F的绝对值不可测定的绝对值不可测定。病原体侵入
13、机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能在在等温等容等温等容条件下，条件下，（无体积功无体积功）0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程在在等温等容等温等容不作其它功不作其它功条件下，条件下，（W=0）0 自发自发，不可逆，不可逆=0 平衡平衡，可逆，可逆病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能0 自发自发，不可逆，不可逆=0 平衡平衡，可逆，可逆对
14、无限小过程对无限小过程0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程吉布斯自由能吉布斯自由能物理意义：物理意义：在在等温等压可逆过程等温等压可逆过程中，封闭体系对外所能中，封闭体系对外所能作的作的最大非体积功最大非体积功（W）在数值上）在数值上等于自由能的等于自由能的降低值降低值；在；在等温等压的不可逆过程等温等压的不可逆过程中，体系所作中，体系所作的非的非体积功恒小于体系自由能的降低体积功恒小于体系自由能的降低。因此，可。因此，可用自由能的改变量与体系所作的非体积功比较来用自由能的改
15、变量与体系所作的非体积功比较来判断过程的可逆性判断过程的可逆性。0 不可逆过程不可逆过程=0 可逆过程可逆过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程吉布斯自由能吉布斯自由能注意：注意：(1)自由能是自由能是状态函数状态函数，且为，且为容量性质容量性质。(2)与自由能改变量相联系的功为与自由能改变量相联系的功为非体积功非体积功，其自由能与，其自由能与非体积功在概念和性质上完全不同，只是在等温等压可非体积功在概念和性质上完全不同，只是在等温等压可逆过程中，自由能的降低值与体系对外所能作的最大非逆过程中，自由能的降低值与体系对外
16、所能作的最大非体积功在数值上相等，即体积功在数值上相等，即 GT,p=WR（可逆过程可逆过程）。）。(3)G H TS，在任意过程中均成立。或者说，非等，在任意过程中均成立。或者说，非等温等压过程也有自由能的改变。温等压过程也有自由能的改变。(4)G的绝对值不可测定的绝对值不可测定。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程吉布斯自由能吉布斯自由能在在等温等压等温等压不作其它功不作其它功条件下，条件下，（W=0）0 自发自发，不可逆，不可逆=0 平衡平衡，可逆，可逆或或0 自发自发，不可逆，不可逆=0 平衡平衡，可逆，可逆对无
17、限小过程对无限小过程 diS/dt,此时体系的熵减少。依据熵的统计意义，体系此时体系的熵减少。依据熵的统计意义，体系将变得更有序。也就是说，体系可能出现有序将变得更有序。也就是说，体系可能出现有序化得结构。化得结构。不可逆过程热力学简介不可逆过程热力学简介病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程自然界中从无序向有序转变的例子自然界中从无序向有序转变的例子1 导致工业革命的蒸汽机；导致工业革命的蒸汽机；2 化学中的化学振荡反应；化学中的化学振荡反应；3 物理中的激光；物理中的激光；4 大气中云彩的奇特花纹；大气中云彩的奇特花纹
18、；5 人类社会人类社会5 生命现象生命现象不可逆过程热力学简介不可逆过程热力学简介病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 有机体开放体系开放体系（碳水化合物、净水）碳水化合物、净水）低熵物质低熵物质（化学能）能量化学能）能量负熵负熵(CO2，污水、水汽、其它排泄物，污水、水汽、其它排泄物)高熵物质高熵物质能量（功、热）能量（功、热）正熵正熵耗散结构耗散结构（Dissipativestructure，在非热平衡态下产生的，在非热平衡态下产生的有序结构）的特征有序结构）的特征不可逆过程热力学简介不可逆过程热力学简介病原体侵入机
19、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 1 耗散结构发生在开放体系中，耗散结构发生在开放体系中，它要靠外界不断提供能量它要靠外界不断提供能量或物质才能维持；或物质才能维持；2 耗散结构只有在远离热力学平衡的情况下才能发生；耗散结构只有在远离热力学平衡的情况下才能发生；3 耗散结构具有时空结构，对称性低于耗散结构发生前的耗散结构具有时空结构，对称性低于耗散结构发生前的时空均匀状态。即耗散结构产生于对称性自发破缺；时空均匀状态。即耗散结构产生于对称性自发破缺；4 耗散结构是稳定的，它不受任何小扰动的破坏。耗散结构是稳定的，它不受任何小扰动的破坏。不可逆过程热力学简介不可逆过程热力学简介病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程习题：习题：1、3、5、69、10、11、12、14、17