第01章 热力学第一定律与其应用-化材学院-2015年.3.pptVIP

第一章 热力学第一定律及其应用 一、节流过程 在压缩和膨胀时系统（气体）净功的变化是两个功的代数和，即： 2. 焦–汤系数 一、节流过程 经节流过程后，气体温度变化与压力变化的比值；即经过焦－汤实验后，气体的温度随压力的变化率。 μJ-T是系统的强度性质。因为节流过程的dp0，所以当： μJ-T0，经节流膨胀后，气体温度降低。 μJ-T0，经节流膨胀后，气体温度升高。 μJ-T=0，经节流膨胀后，气体温度不变。 一、节流过程 3. 转化温度 初始温度在常温下时，一般气体μJ-T均为正值。 例如：空气的μJ-T=0.4 K/101.325 kPa。 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，调节多孔塞小孔大小，经节流过程后终态为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。 μJ-T0 μJ-T0 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，得到一条虚线，即转化曲线。 虚线以左：μJ-T 0，是致冷区。 虚线以右：μJ-T 0，是致热区。 如果工作物质（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。 一、节流过程 6. 决定μJ-T值的因素 对定量气体 经过Joule-Thomson实验后，dH=0，故： 一、节流过程 μJ-T值的正或负由两个括号项内的数值决定: 理想气体： 实际气体：第一项： 第二项的符号由 其数值可从pV-p等温线上（气体的状态方程）求出，这种等温线由气体自身的性质决定。 （吸收能量以克服分子间引力）； 决定 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。 将该过程中传递的能量热和功聚集起来，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。 例如：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？ 1）使用方便。（一般的化学反应大都在等压下进行）在等压、不做非膨胀功的条件下， ?H＝ Qp。 2）容易测定。可求其它热力学函数的变化值。 H是状态函数，并由状态函数组成，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。 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。 第六节 热 容 （Q的求算） 2.