第一节：热力学研究对象及其限度课件.ppt

第一章 热力学第一定律与热化学 四.可逆过程与最大功 2. 多次定外压过程 若体系的膨胀一步完成：在定外压pe时,体积从V1膨胀到V2，该过程体系所做的功为： 若体系的膨胀分两步走：先定外压pe’,体积从V1膨胀到V’，然后再将外压恒定在pe时，体积从V’膨胀到V2，则整个过程体系做功为： 从计算与图中均可看出，W2＞W1，依此类推，在相同的始终态之间，分步越多，体系对外所做的功越大。 四.可逆过程与最大功 3.准静态过程 在此膨胀过程，外压始终保持比内压小一无限小量 pe =pi - dp 四.可逆过程与最大功 在公式中，压力项由外压pe 转变成内压pi 上述这种膨胀过程是无限缓慢的，体系在任何一个瞬间的状态都极接近于平衡，整个过程可以看成是一系列极接近平衡的状态所构成，因此称这个过程为准静态过程。 若气缸内气体视为理想气体，则有： 四.可逆过程与最大功 4.可逆过程：某体系经一过程由状态1变到状态2后，如果能使体系和环境都完全复原，则该过程就称为可逆过程。 可逆过程的特点: ①可逆过程进行时，体系始终无限接近于平衡态。 ②循与原来途径相反方向进行，体系和环境都完全恢复原态； ③体系在可逆过程做最大功。 四.可逆过程与最大功 5.不可逆过程： 体系经一过程之后，如果用任何方法都不能使体系和环境完全复原，则该过程称为不可逆过程。 6.最大功: 体系在可逆过程做最大功 二、恒压热Qp: 体系进行定压且非体积功为零的过程中与环境交换的热.  当 dp = 0, 且 ?W? = 0 时 ?W = pamb dV = d(pV) ?Qp = dU + ?W = dU + d(pV) = d( U + pV ) QV = ?U 及 Qp = ?H 两式的意义 在两种指定条件下, 体系的 ?U 和 ?H 可以用相应的实测热数据来确定. QV 及 Qp 的大小仅取决于体系的始终状态, 而与变化的途径无关, 故可用状态函数法来进行运算. 二、定容热容 1. 定容热容 定容过程的热容。 第七节：热力学第一定律的应用 焦耳实验： 体系：气体 环境：水浴 实验结果：水浴的温度没有变化， 即：ΔT＝0 结果分析：此过程中体系与环境之间没有热交换，即：Q＝0 空气自由膨胀, W＝0 ; 可知 ?U = 0 . 例题 过程(2)： 结论：ΔU＝nCV,m(T2－T1)＝11312J； ΔH＝n(Cv,m+R)(T2－T1)＝14638J； Qp＝ ΔH＝14638J； W＝Qp －ΔU ＝3326J。 5.理想气体的绝热过程 绝热过程：一个体系在状态发生变化过程中与环境没有发生热交换的过程。 特点： 可以可逆地进行，也可以不可逆地进行。 在绝热过程中：dU＝CVdT＝－δW 若 W0，体系的T↓，ΔU0； 反之 W0，体系的T↑ ，ΔU0。 绝热过程的功等于内能的变化，所以它仅取决于始态与终态而与过程途径无关，具有状态特性。 5.理想气体的绝热过程 绝热可逆过程方程：若 W’＝0， 则：CV,mln(T2/T1)＝-Rln(V2/V1) pVγ＝C（常数）(TVγ-1＝C，pγ-1Tγ＝C) 式中：γ—热容商， γ＝Cp,m/CV,m1 绝热可逆：pVγ＝k 曲线斜率＝-γ(p/V) 恒温可逆：pV＝k 曲线斜率＝-(p/V) 5.理想气体的绝热过程 绝热不可逆过程方程：若 W’＝0， 则：CV(T2－T1)＝-Pe(V2－V1) 适用范围：理想气体恒外压膨胀的绝热不可逆 过程 例题 3mol气体氦自27℃，4×105Pa的始态，膨胀至最后压力为2×105Pa，若分别经 (1). 绝热可逆膨胀 ； (2). 在定外压2×105Pa下绝热膨胀（绝热不可逆 膨胀）。 假设氦为理想气体，CV,m＝3/2R 试计算：过程(1)和(2)的终态温度及Q、W、ΔU和ΔH。 例题 结果分析：比较过程(1)和(2)可知， 由同一始态出发，经绝热可逆过程和绝热不可逆过程，达不到相同的终态。 当两终态的压力相同时，由于不可逆过程的功做得少些，故不可逆过程终态的温度要高一些。 三.热力学第一定律用于实际气体 １.节流过程： 维持一定压力差的绝热膨胀过程称为节流膨胀． 绝热、缓慢、Ｐ１＞Ｐ２、结果Ｔ１≠Ｔ２ ２.恒焓过程：由热力学第一定律推导Ｑ＝０ ３.焦耳－汤姆逊系数 第