第二章_热力学第一定律及其应用.ppt

物理化学电子教案—第二章 前言 什么是热力学？ 热力学研究什么？ 怎么研究？ 热力学的基本理论——热力学三大定律 热力学的局限性 第二章 热力学第一定律 1.系统与环境 系统分类 系统分类 系统分类 系统分类 系统分类 2.状态和状态函数 理想气体CV,m与 CP,m (3)对于真实气体 燃烧和爆炸反应的最高温度 6. 燃烧和爆炸反应的最高温度 6. 燃烧和爆炸反应的最高温度 6. 燃烧和爆炸反应的最高温度 转化温度（inversion temperature) 等焓线（isenthalpic curve) 等焓线（isenthalpic curve) 转化曲线（inversion curve) 转化曲线（inversion curve) 实际气体的 pV~p 等温线 实际气体的 pV~p 等温线 van der Waals 方程 最后可导出： 理想气体绝热可逆过程方程式 熟记！ 死记！ 1. 气体氦自0℃，5?101.325kPa，10dm3始态，经过一绝热可逆膨胀至101.325kPa，试计算终态的温度及此过程的Q, W, ?U, ?H。(设He为理想气体) 开心一练 p1= 5?101.325kPa T1=273K, V1=10L p2= 101.325kPa T2=? , V2=? 绝热可逆 解： Q= 0 W= ?U= nCV, m(T2 ? T1) = 2.23?12.47(143.5 ?273) J= ? 3.60 ?103 J ?H= nCp, m(T2 ? T1) = 2.23?20.79(143.5 ?273)J = ? 6.0 ?103 J 2. 气体氦自0℃，5?101.325kPa，10dm3始态，在绝热恒外压pamb为101.325Pa下，快速膨胀至101.325kPa，试计算T2 ，Q，W，?U，?H。(设He为理想气体) p1= 5?101.325kPa T1=273K, V1=10L p2= 101.325kPa T2=? , V2=? 绝热恒外压 Q= 0 解： ΔU= W W= ?U= nCV,m(T2 ?T1) = ? 2.43?103 J ?U= W = ? 2.43?103 J ?H= nCp,m(T2 ?T1) = ?4.05 ?103 J = 185.6 K §2.11 节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应 焦耳-汤姆逊实验 在一个圆形绝热筒的中部有一个多孔塞和小孔，使气体不能很快通过，并维持塞两边的压差。 1. 焦耳-汤姆逊实验 2. 节流膨胀的热力学特征及焦耳-汤姆逊系数 开始，环境将一定量气体压缩时所作功（即以气体为系统得到的功）为： 节流过程是在绝热筒中进行的，Q=0 ，所以： 气体通过小孔膨胀，对环境作功为： 在压缩和膨胀时系统净功的变化应该是两个功的代数和。 即 节流膨胀过程是个等焓过程。?H = 0 移项 0 经节流膨胀后，气体温度降低。 称为焦-汤系数（Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。 是系统的强度性质。因为节流过程的 0 经节流膨胀后，气体温度升高。 =0 经节流膨胀后，气体温度不变。 所以当： 节流膨胀过程：在绝热条件下，气体始末态压力分别保持恒定的膨胀过程。 节流膨胀过程是等焓过程 焦耳—汤姆森实验通过节流膨胀过程证明了真实气体的焓不但与温度有关，而且还同压力有关。 当 时的温度称为转化温度，这时气体经焦-汤实验，温度不变。 在常温下，一般气体的 均为正值。例如，空气的 ，即压力下降 ，气体温度下降 。 但 和 等气体在常温下， ，经节流过程，温度反而升高。 若要降低温度，可调节操作温度使其 为了求 的值，必须作出等焓线，这要作若干个节流过程实验。 如此重复，得到若干个点，将点连结就是等焓线。 实验1，左方气体为 ，经节流过程后终态为 ，在T-p图上标出1、2两点。 实验2，左方气体仍为 ，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为 ，这就是T-p图上的点3。 气体的等焓线 显然： 在点3右侧 在点3处 。 在线上任意一点的切线 ，就是该温度压力下的 值。 在点3左侧 气体的等焓线 在虚线以左， ，是致冷区，在这个区内，可以把气体液