[理化生]E4定律-热化学32学时2012材料能源.ppt

热力学第一定律在实际气体中的应用——节流膨胀-Joule-Thomson效应 Joule在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的，1852年Joule和Thomson 设计了新的实验，称为节流过程。 在这个实验中，使人们对实际气体的U和H的性质有所了解，并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。 节流过程（throttling proces) 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。 图2是终态，左边气体压缩，通过小孔，向右边膨胀，气体的终态为 。 实验装置如图所示。图1是始态，左边有状态为 的气体。 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 节流过程动态图 节流过程（throttling proces) 左 右 绝热筒 T1 T2 P1（V1→0） P2（0 → V2 ） 节流过程： 当气体通过一定时间达到稳态后, T1 ≠ T2 P2 ＜ P1 d P 0 多孔塞 节流过程的△U 和△H 开始，环境将一定量气体压缩时所作功（即以气体为体系得到的功）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： 节流过程的 △U 和△H 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是两个功的代数和。 即 节流过程是个等焓过程。 移项 焦––汤系数定义μJ-T 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。 是体系的强度性质。因为节流过程的 ,所以当： 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。 转化温度（inversion temperature) 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。若降低温度，可使它们的 。 气体液化的应用 1.空气经过液化,可以将O2与 N2分离 2.气体液化可以提供很低的温度 例如:液态氦可提供接近绝对零度的低温,为 低温物理的研究工作创造条件 液态氢可以作为航天器的高能燃料 液态氧是高能燃料的助燃剂,并可用于制 造液氧炸药. 3.常用的实际气体的液化方法与节流膨胀有关,如工业上的“林德法”、“克劳德法”都与节流膨胀有关。 Joule-Thomson效应的重要用途在于使系统降温和使气体液化。 作业：(NO.2)P68：9、11、12、14 复习： 1.如何计算下列不同过程的△U 、 △H、 W、 Q ？，请写出相应的计算公式或计算过程。 (1).简单物理状态变化过程？ 等温？等压？等容？恒外压？等压变温？ 等容变温？绝热过程？真空膨胀过程？ (2) 等温等压下的可逆相变过程？不可逆相变过程？ (3).等温、等压下的化学变化过程？ * * * * * * * * * * 物理化学电子教案 华南师范大学物理化学研究所 第二章 热力学第一定律 第5节 热力学第一定律对理想气体的应用 5.1 理想气体的热力学能和焓—焦耳-盖吕萨克实验 5.2 理想气体 CP 和 CV 之差 5.3 理想气体绝热过程的膨胀功——过程方程 第6节 实际气体的热力学——节流膨胀 问题:什么是理想气体?什么是实际气体? 什么是理想气体？ — 任何温度、任何压力下都能够严格遵守 PV = nRT 的气体叫做理想气体。 气体的行为偏离理想气体定律，称为为实际气体。 理想气体体系将分子看作是没有体积的自由运动的弹性质点；即 （1）相对于分子或分子间的距离以及整个容器的体积而言，气体分子本身的体积忽略，将气体分子当作没有体积的质点； （2）气体分子做无规则的热运动，分子彼始的碰撞以及与器壁的碰撞是完全弹性的，碰撞前后没有能量的损