第01章 热力学第一定律与其应用-化材学院-2011年.9.pptVIP

第一章 热力学第一定律及其应用 一、节流过程 3. 转化温度 初始温度在常温下，一般气体的μJ-T均为正值。 例如:空气的μJ-T=0.4 K/101.325 kPa，即压力下降101.325 kPa，气体温度下降0.4 K。 反常：H2和He等气体在常温下μJ-T 0，经节流过程，温度反而升高。若降低初始温度，可使它们的μJ-T 0。 当μJ-T =0时的温度称为转化温度，这时气体经焦-汤实验后温度不变。 一、节流过程 4. 等焓线－固定初始的p1T1 为了求μJ-T的值，必须做出等焓线，也就是要做若干个节流过程实验。 实验步骤1：左方气体为p1T1，经节流过程后终态为p2T2，在T-p图上标出1、2两点。 实验步骤2：左方气体仍为p1T1，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为p3T3，这就是T-p图上的点3。 如此重复，得到若干个点，将点连结起来就得到等焓线。 在线上任意一点的切线 ，就是该温度、压力下的μJ-T值。 显然，在点3（最高点）左侧，μJ-T0； 在点3（最高点）右侧，μJ-T0； 在点3（最高点）处， μJ-T=0。 5. 转化曲线－不同的初始p1T1 一、节流过程 选择不同的起始状态p1T1，作若干条等焓线。 将各条等焓线的极大值相连，就得到一条虚线，将整个T-p图分成两个区域。 在虚线以左：μJ-T 0，是致冷区，在这个区内，可以把气体液化； 虚线以右：μJ-T 0，是致热区，气体通过节流过程后温度反而升高。 另外，工作物质（即筒内的气体）不同，转化曲线的T、p区间也不同。 例如，N2的转化曲线温度高，能液化的范围大；而H2和He则很难液化。 三、可逆过程－理想过程 系统经过某一过程从状态（1）变到状态（2），变化速率极其缓慢，每一步都接近于平衡态。将该过程中的热和功的能量传递聚集起来，可以使系统再由状态（2）变到状态（1），系统和环境都回复原状，没有留下任何影响（如果能使系统和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化），则该过程称为热力学可逆过程，否则为不可逆过程。 去除准静态膨胀过程中的因摩擦等因素造成的能量耗散，可看做是一种可逆过程。 液体在其沸点时的蒸发，固体在其熔点时的熔化，内外压相差无限小的膨胀或压缩等。 三、可逆过程－理想过程 可逆过程的特点 1）状态变化时推动力与阻力相差无限小，系统与环境始终无限接近于平衡态； 2）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达； 3）系统变化一个循环后，系统和环境均同时恢复原态，变化过程中无任何耗散效应； 4）等温可逆过程中，系统对环境做最大膨胀功，环境对系统做最小压缩功。 第五节 焓 一、焓的定义式 1. 系统变化是等容过程：W＝0，?U＝QV； 2. 系统变化是等压过程：p2=p1=pe=p ?U＝Q+W（只做膨胀功的前提下） 二、为什么要定义焓？ 为了使用方便，（一般的化学反应大都在等压下进行）因为在等压、不做非膨胀功的条件下，焓变等于等压热效应Qp。 容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。 H是状态函数，定义式中H由状态函数组成，但并没有明确的物理意义。 H不是能量，虽然具有能量的单位，但不遵守能量守恒定律。 所以：在没有其它功的条件下，系统在等容过程中所吸收的热全部用以增加热力学能；系统在等压过程中所吸收的热全部用以增加焓。 第六节 热 容 （Q的求算） 一、热容 1. 定义：没有相变化、化学变化且不作非膨胀功的均相封闭系统，热容指：系统升高单位热力学温度时所吸收的热量。 2. 热容的分类： 1. 平均热容 对于组成不变的均相封闭系统，不考虑非膨胀功，设系统吸热Q，温度从T1升高到T2，则： 2. 比热容： 规定物质的数量为1 g（或1 kg）的热容。它的单位是 3. 摩尔热容Cm： 规定物质的数量为1 mol的热容。单位为： 1）定压摩尔热容Cp,m： 2）定容摩尔热容CV,m： 一、热容 二、热容与温度的关系 热容与温度的函数关系因物质、物态和温度区间的不同而有不同的形式。例如，气体的定压摩尔热容与T的关系有如下经验式： 式中a、b、c、c’,...是经验常数，由各种物质本身的特性决定，可从热力学数据表中查找。 第七节 热力学第一定律对理想气体的应用 一、理想气体的U和H（盖?吕萨克-焦耳实验）