物理化学上册_天津大学第二章_热力学第一定律-2教程分析.ppt

* * * * * T1=298K P1=4P2 V1=1.0dm3 T2=298K P2 V2=4.0dm3 恒温T下，气体由同一始态变化到同一末态 (P1 ，V1)→ (P2 ，V2) 计算不同过程的体积功 1) 一次恒外压膨胀 298K 4P0 1.0dm3 298K P0 4.0dm3 一次拿走三个 砝码，体系在 膨胀过程中始 终反抗恒定压 力P2到达终态 一次恒外压 P2 膨胀体积功： 相当于途径1的P－V图中， 阴影部分的面积 2)三次恒外压膨胀 三次恒外压膨胀 相当于途径2的P－V图中， 阴影部分的面积 三次恒外压膨胀 一次恒外压膨胀 结论：相同的始终态，膨胀的次数越多，体系对环境做的体积功就越大。膨胀的次数增加到无限多时，膨胀功将会达到一个极限值。 等温可逆过程——无限多次的无限小膨胀总和 再取走一粒沙子， 外压又减少一个dP， 平衡又被破坏， 气体又膨胀一个dV， 系统又达到一个 新的平衡，如此 重复使体系到终态 (P2 ，V2)。 每取下一粒沙子，外压就减少一个无限小量dP，即降为P1-dP，平衡遭到破坏，气体就要膨胀一个dV，变为V1 ＋dV ，压力变为P-dP，又达到新的平衡； 这种由一系列非常接近于平衡的状态所组成的过程，称为可逆过程。 在整个膨胀过程中，始终保持外压比汽缸内气体的压力小一个无限小量 dP 。 由始态到终态中间经过无数的微小过程，每一过程，体系和外界都非常接近于平衡状态：体系与外界的温度相等，系统压力与都只相差一个无限小量，P环＝P－dP。 过程推动力极小，过程进行的无限缓慢，需要时间无限长。过程的每一步，都是有一个平衡态变到极邻近的另一平衡态。 等温可逆过程体积功的计算公式 在整个膨胀过程中 过程每一步 过程的任一瞬间，系统压力 P环 与都只相差一个无限 小量，则用 P系 代替 理想气体等温可逆过程： 注意公式应用条件，缺一不可： 1)理想气体， 2) 恒T ， 3)可逆 恒温可逆膨胀过程，系统反抗了它所能反抗的最大外压，故对环境作了最大功 。相当于 P-V 线下阴影部分面积。 三次恒外压膨胀 一次恒外压膨胀 等温可逆膨胀 恒温可逆压缩过程 将取下的沙子一粒粒重新加到活塞上，体系将经历无限多次等温压缩过程，使(P2、V2)→(P1、V1) 与恒温可逆膨胀过程 大小相等，符号相反 可逆过程特点： ⑴ 可逆过程是以无限小的变化进行的，是由一连串无限接近于平衡的状态所组成，过程推动力无限小。 ⑵ 若循原过程反方向进行，体系和环境都恢复到原态，而不留下任何痕迹。 ⑶ 在等温可逆过程中，体系对环境做最大功；环境对体系做最小功。 可逆过程是效率最大的过程，但可逆过程也是无限缓慢的过程，实际进行的过程都是不可逆的。 重点理解： 1. 什么是可逆过程? 2. 可逆过程有哪些基本特征? 理解：可逆过程发生之后，能找到一种过程使体系和环境都同时恢复原状。 思考题：不可逆过程就是不能向相反方向进行？ 发生一个变化，体系复原时，环境没有复原，是一个不可逆过程。 而不是不能发生逆过程 例：1mol某理想气体，分别经三种途径由始态到末态 求：三个过程的体积功各为多少？ 解： 例：压缩 1 mol 理想气体从始态到终态，求Q,W,△U, △H 已知：Cv.m ＝25.29 J·mol-1·K-1 途径I 途径II 恒温可 逆压缩 解：1) 途径I 绝热压缩 Q ＝0 △U ＝n · Cv.m · (T2－T1) W＝△U 途径I △H ＝n · Cp.m · (T2－T1) ＝n · (Cv.m + R ) · (T2－T1) 2) 途径 II 与 途径 I 有相同始态和末态 过程(1) 恒容升温 ，dV=0 ,W1=0 , Q1＝△U1 过程(2) 恒温可逆压缩 ，dT= 0 , △U2 ＝0，W2= －Q2 Q1＝△U1 ＝1366 J －Q2 ＝ W2 ＝ 恒温可 逆压缩 恒容 升温 Q ＝Q1+Q2＝ ，W ＝W1 + W2 ＝ 途径II ： －nRTln(P1 / P3 )＝ △U＝1336J △H＝ 途径I 途径II 恒温可 逆压缩 理解状态函数和途径函数： ＝1336J △U＝1336J ，Q＝ ，W＝ 四.绝热可逆过程体积功 绝热，系统与环境无热交换，δQ=0 ；根据热力学第一定律，δW＝dU＝Cv·dT。气体膨胀对环境做功，δW0,内能必然减少，dU＝Cv·dT0，则气体温度一定降低dT0；相反，气体压缩，环境对系统作功，δW0, 内能增加dU＝Cv·dT0，气体温度一定升