09-3理想气体的热力学过程.ppt

* 整个循环： 是体系所吸的热，为正值， 是体系放出的热，为负值。 即ABCD曲线所围面积为热机所作的功: W = W1 + W3 W2 和W4对消 物理化学II * 过程2： 过程4： 相除得 根据绝热可逆过程方程式： * 热机效率(efficiency of the engine ) 任何热机从高温 热源吸热 ,一部分转化为功W,另一部分 传给低温 热源.将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用 表示。 恒小于1。 或 高温热源T1 卡诺 热机 低温热源T2 Q1 Q2 W * 冷冻系数 如果将卡诺机倒开,就变成了致冷机.这时环境对体系做功W,体系从低温 热源吸热 ,而放给高温 热源 的热量，将所吸的热与所作的功之比值称为冷冻系数，用 表示。 式中W表示环境对体系所作的功 * 卡诺定理 卡诺定理：所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆机，即可逆机的效率最大 卡诺定理推论：所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相等，即与热机的工作物质无关。 卡诺定理的意义：（1）引入了一个不等号 ，原则上解决了化学反应的方向问题；（2）解决了热机效率的极限值问题。 * 从卡诺循环得到的结论 或： 即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零。 * 一个实际不可逆变化发生以后，如使系统复原，环境中必定遗留下程度不同的不可逆变化。不可逆程度越大，η越小，W 越小，Q2越大，给环境留下的影响越大。 由η ηR， 即 1 + Q2/Q1 1 ? T2/T1， 得 Q1/T1 + Q2/T2 0 * 归纳与总结： 1. 对于可逆循环： η =ηR ，热机效率最高（与工作物质无关），热温商之和为零。 2. 对于不可逆循环： η ηR ，热温商之和小于零。 3. η 1, 因TL 0 (第三定律），若TH＝TL , η= 0，作功必须有温差。 * 卡诺定理引进了一个不等号，意义非常重要。其重要性在卡诺本人在世时都未意识到。其后数十年内许多人都在卡诺循环和卡诺定理的基础上继续工作。1865年，Clausius 明确提出了“熵”的概念，而熵的发现则是热力学对人类科学所做出的最伟大贡献。 卡诺定理中不等号的意义： * 卡诺定理给出了热机效率的理想极大值，效率取决于热源温差。工作物质最好接近理想气体。 提高效率方法一：提高高温热源温度。蒸汽机效率15%，内燃机40%，利用燃烧高热燃料直接驱动的燃气涡轮机，燃气温度可高达1400℃，效率可接近50%。 提高效率方法二：降低低温热源温度。体积膨胀可降温，可由增大缸体容积实现，导致了二级膨胀式蒸汽机的发明。空气作工作物质，冷却速度比水蒸气快，卡诺预言了内燃机。 提高做功能力方法：加大高温热源和低温热源温差，提高压缩比。 * 物理化学II * 本小节课后习题 11 - 21，22 * * Gey-Lussac (1807年) 同样进行过上述实验； Joule 定律：物质的量固定的气体，它的内能只是温度的函数，而与压力和体积无关。 实际上，该定律还需结合气体得到能量时温度上升的实验才能得到。定律对纯物质气体及混合物气体都成立，而且压力愈低愈准确。 * 18世纪下半叶，蒸汽机的出现导致了工业革命。蒸汽机是一种以蒸气为动力的机器，以热为动力的机器统称热机。蒸汽机的核心为气缸，利用高温下水变为水蒸气时的大幅度膨胀推动活塞作功。 * * 物理化学II 热力学第一定律和热化学 理想气体的热力学过程 物理化学II 复旦大学化学系 * 物理化学II * 物理化学 理想气体的热力学过程 * 物理化学II * 焓和热容 前课回顾 等压热容与等容热容的关系 * 焦耳实验(1843) －－－－－ 理想气体内能与何有关？ 装置（稀薄气体） 现象： 打开活塞，?T = 0 分析： Q = 0, W = 0 (向真空膨胀) ?U = 0 低压气体 真空 低压气体 低压气体 §3 理想气体的热力学过程 物理化学II * 焦耳实验数学推导： 焦耳实验缺欠：不精确，实际上只有理想气体符合 物理化学II * 焦耳实验推论一： 对理想气体， ? 理想气体内能和焓都仅仅是温度的单变量函数 物理化学II * 焦耳实验推论二： 理想气体恒温可逆膨胀，?U = Q + W = 0 焦耳实验推论三： 理想气体， 物理化学II 因 (?U/?V)T =0， ? 1mol 理想气体 * 焦耳实验推论四： 理想气体任意过程 （无化学变化，仅体积功） 理想气体 理想气体 物理化学II * 物理化学II