2.6可逆过程及其传热的特点讲解.ppt

* 可逆过程在热力学理论中占有重要地位, 它是可能进行的与不可能进行的过程的分界, 也是可能进行的过程的极限. 第九节：可逆过程及其传热的特点 可逆过程: 系统内部及系统与环境之间在一系列无限接近于平衡条件下进行的过程。 过程的进行需要推动力。传热过程的推动力是环境与系统之间的温差，气体膨胀压缩过程的推动力为环境与系统间的压力差。 如果过程的推动力无限小，系统内部及系统与环境之间无限接近于平衡态，因此过程进行的无限缓慢，当系统沿原途径逆向回到始态时，环境也恢复到原状态。 * 9.1 可逆传热过程 可逆过程传热的特点: 可逆过程的传热必须在系统与环境之间的温差无限小的条件下发生, 亦即始终无限趋近热平衡 T = Tamb ? dT ( 传热时, 无限接近热平衡 ) 热源 T1 热源 T1+dT 热源 T1+2dT 热源 T2 热源 T2-2dT 热源 T2-dT …… 如图所示：现将温度为T1的系统通过热源可逆升温到T2 可逆加热过程：先让系统与热源（T1＋dT）接触，吸收无限小的热量后达到平衡态；再让系统与热源（T1＋2dT）接触，达到平衡态……直到依次与热源（T2－2dT）、（T2－dT）、（T2）接触，最后系统温度达到T2。 * 9.2 气体可逆膨胀压缩过程 为了更容易理解这个概念，通过例题说明。 例题：将1mol理气导入导热性很好的气缸中，将气缸放入一个很大的恒温水浴中，保持温度为300K。气缸上有一个既无重量也无摩擦的活塞。活塞上放4个相当P?压力的砝码。调节外压，使末态压力为P?压力。求过程的体积功。 (a) 一次取下3个砝码，在P?压力下恒温恒外压膨胀到末态。 (b) 先取下2个砝码，系统在2P?压力压力下膨胀到平衡态；再取下一个砝码，系统在P?压力下恒温恒外压膨胀到末态。 (c) 可逆膨胀到末态。 T＝300K P1＝4P? V1 T＝300K P2＝ P? V2=4V1 经过a、b、c三种途径 * 9.2 气体可逆膨胀压缩过程 (a) 解： 恒温恒外压P?下膨胀至平衡态，膨胀过程中体系对环境做功Wa 若要将体系一步恢复到原来的状态——即原压力4P?，环境需要对体系做功Wa’ 恒外压P? 膨胀 P1=4P? P2=P? V2＝4V1 V1 * 9.2 气体可逆膨胀压缩过程 P2=P? V2=4V1 V1 P1=4P? 2P? V’ 恒外压P? 恒外压2P? (b) 解： 恒温恒外压先在2P?恒外压下膨胀至平衡态，再恒外压P?下膨胀至平衡态，膨胀过程中体系对环境做功Wb 若要将体系2步恢复到原来的状态——即原压力4P?，环境需要对体系做功Wb’ * 9.2 气体可逆膨胀压缩过程 (C) P1=4P? 4P?-dp 4P?－2dp 取下1粒沙子 再取下1粒沙子 ?????? 取下最后1粒沙子 取下1粒沙子 P?＋dP P2＝P? 解：将砝码换成一堆沙子，且沙子产生的压力也为4P?。然后拿掉一粒沙子，气体在外压4P?－dp下膨胀到平衡态；再拿掉一粒沙子，气体在4P?－2dp膨胀到平衡态……依次类推，直到末态。根据功的定义式，有： * 9.2 气体可逆膨胀压缩过程 相对于一阶无穷小的项(PdV), 二阶无穷小(dP×dV)=0 C的逆过程，即从外压P?一次增加一粒沙子，则系统会在P＋dp压力下逐步压缩，压力恢复到4P?。环境对系统做功为Wc’ * 可逆过程作功的特点: 可逆过程作功必须在系统内外的(广义)力差无限小的条件下进行, 亦即始终无限趋近力平衡. 可逆过程作对外做 最大膨胀功 . (“ +”压缩, “－”膨胀) 可逆过程作功的特点 可逆过程的特性: 无限趋近平衡态; 无摩擦力; 无限缓慢. 实际过程作功是在有限力差下进行的; 若使系统状态复原, 则在环境留下功转化为热的变化！ 可逆体积功: * 理想气体恒温可逆过程: p = f(V) = nRT / V 理想气体恒温可逆过程的体积功 恒温过程，T不变，可以将T提出积分符号外（如上题C过程），积分: 注意：这个公式只适用于理气等温可逆过程功的计算！ ΔU=0; ΔH=0 ；Q＝－W （牢记！） 1 p V V1 V2 2 * 例题：理想气体恒温可逆过程 n = 3 mol p1 =? V1 = 20dm3 n = 3 mol p2 =? V2 = 50dm3 恒温可逆 解：因是理想气体, 恒温, 可逆过程, 所以： ΔU＝0； ΔH＝0； Q＝－W 例1： 3mol理气于恒温298.15K条件下由始态 V1 = 20.0dm3可逆膨胀到末态V2 = 50.0dm3 . 求ΔU、ΔH、Q及可逆功Wr . * 例题：理想气体恒外压与恒温可逆 例2： 5