分享二热力学一定律.docVIP

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分享二热力学一定律

热力学第一定律 1.设有一电炉丝浸入水中(见图1.1),接上电源,通以电流一段时间。分别按下列几种情况作为体系,试问U、Q、W为正、为负,还是为零? 1? 以水和电阻丝为体系; 2? 以水为体系; 3? 以电阻丝为体系; 4? 以电池为体系 ; 5? 以电池、电阻丝为体系; 6? 以电池、电阻丝、水为体系。 ? (1) (2) (3) (4) (5) (6) W ??? + ??? 0 ? ?+ ?? - ??? 0 ??? 0 Q ??? 0 ??? + ?? - ?? 0 ?? - ??? 0 U ??? + ??? + ?? + ? - ?? - ??? 0 ? ?????????????????????????????????????? ???????????????????? 2.设有一装置如图1.2所示,一边是水,另一边是浓硫酸,中间以薄膜分开,两边的温度均为T1升到T2,如果以水和浓硫酸为体系,问此体系的U是正、负,还是零。如果在薄膜破了以后,设法通入冷却水使浓硫酸和水的温度 仍为T1,仍以原来的水和浓硫酸为体系,问U是正、 负,还是零。 解:当将薄膜弄破以后温度由T1升到T2,?????? 因水和浓硫酸为体系,虽然体系的温度升高了, 但无热量传给环境,所以Q=0,又W=0,根 据第一定律U=Q+W,则U=0。?????????????????? ???????????????????? ???????????????????????????????????????????????????????? ? 3.一个绝热圆筒上有一个无摩擦无重量的绝热活塞,其内有理想气体,圆筒内壁有电炉丝。当通电时气体慢慢膨胀,这是等压过程。请分别讨论(1)选理想气体为体系;(2)选理想气体和电阻丝为体系;两个过程的Q和体系的H是大于、等于还是小于零? 解: (1)Q=H0; (2)Q=0,H=-W电功0。 ? ???? 4.计算1mol理想气体在下列四个过程中所做的体积功。已知始态体积为25dm3,终态体积为100dm3;始态及终态温度均为100℃。 ???? (1)等温可逆膨胀; ???? (2)向真空膨胀; ???? (3)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; ???? (4)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后,再在外压等于100dm3时气体的平衡压力下膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明什么? 解:(1)等温可逆膨胀 ??? ?? ???????? ??? (2)向真空膨胀 ???? ?? ??? (3)恒外压膨胀 ???? ?? ??????? ?? ?????? ???J ????? (4)二步恒外压膨胀 ???????? ??????????? ??????????? ??????????? J ?由于W1W4W3W2,说明膨胀次数愈多,即体系与环境的压力差愈小,做的功愈大。 ? 5.假定某气体服从于范德华方程式,将1mol此气体在101325Pa及423K时等温压缩到体积等于10dm3,求最少需做功多少? 范氏方程为,其中, ??? 解:首先计算此气体初态的体积V1,根据范氏方程: ??????? ??????? ??????? ????????? 解此方程得Vm=0.0346m3即Vm=V1。 ?? ???? ? ???? ? ? 6.有273.2K、压力为的N22dm3,在外压为101325Pa下等温膨胀,直到N2气的压力也等于101325Pa时为止。求过程中的W 、U、H和Q。假定气体是理想气体。 解:=0.01m3 ???? =810.5J ?? U =H = 0???? ?Q = W = 810.6J ? ?? 7.10dm3氧气由273K、1MPa经过(1)绝热可逆膨胀;(2)对抗恒定外压P外=0.1MPa做绝热不可逆膨胀,使气体最后压力均为0.1MPa。求两种情况下所做的功。 (氧的Cp,m=) ?? 解: ? ? ?? (1)绝热可逆膨胀 先求T2,根据绝热过程方程式 ? ?又 ?解出T2=143K 由始态得,绝热过程Q=0 ???? 所以 ????????????? ????? (2)恒外压绝热不可逆过程 ???? 因为是绝热不可逆过程,不能用绝热过程方程式求T2。根据如下关系计算T2: ????????? ????????? ????? 解方程得 ?????????? ????????????? ????????????? =6452 J ? 8. 某高压容器中含有未知气体,可能是氮或氩气。今在298

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