新版热力学第一定律.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,学习感言,a),学习是我们生活最基本的能力；,b),我们面临学习的领域很多,专业的、非专业的、自我管理的、理念的、人际的,.,；,c),其中专业学习是最理想化的学习,有教材、有指导教师，我们怎样才能在这种训练中掌握到能举一反三的学习规律，让一生的学习都感到如鱼得水呢？,2025/12/8 周一,物理化学,BI,第一章,D,U,=,Q+W,2025/12/8 周一,第一章 热力学第一定律,1.1,热力学基本概念,1.2,可逆过程,1.8,热力学第一定律对化学反应的应用-热化学,1.3,热力学第一定律,1.4,两种过程的热,Q,p,、Q,V,1.6,关于相变的初步讨论,1.7,热力学第一定律对理想气体的应用,1.5,简单变温过程热的计算,2025/12/8 周一,热力学第一定律对理想气体的应用,1.7.1,自由膨胀,1.7.2 等温过程,1.7.3 等容过程,1.7.4 等压过程,1.7.5 绝热过程,2025/12/8 周一,Gay-Lussac-Joule,实验,在一个絶热容器中放上水和一个连通器，连通器的左球充满气体，右球抽真空。,盖,吕萨克,1807,年，,焦耳,在,1843,年分别做了如下实验：,打开活塞，气体由左球冲入右球，达平衡。,实验发现膨胀后水浴温度没有变化，即,Q,=0,；,气体向真空膨胀，体系没有对外做功，,W,=0,；,2025/12/8 周一,Gay-Lussac-Joule,实验,Q,=0,W,=0,2025/12/8 周一,理想气体的热力学能和焓,从盖,吕萨克焦耳实验得到,理想气体的热力学能仅是温度的函数,，用数学公式表示为：,因为,H=U+pV=U(T)+pV=,U(T)+nRT，,所以推出,H=f(T)。,即：,理想气体的焓也只是温度的函数,。,2025/12/8 周一,Joule,定律,学完第二定律后可严格证明。,注意：上述结论只适用于一定量的理想气体,单纯,p，V,，,T,变化,！,在恒温时，改变体积或压力，理想气体的热力学能和焓保持不变。,2025/12/8 周一,Question,在定温定压下，,CO,2,由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，,CO,2,的热力学能和焓也不变。,2025/12/8 周一,理想气体自由膨胀,Q=0，W=0，,U=0，,H=0。,2025/12/8 周一,等温过程,2025/12/8 周一,等容过程,2025/12/8 周一,等压过程,2025/12/8 周一,例题,例,1.,某理想气体，其,C,V,m,=20JK,1,mol,1,，现有该气体,10 mol,处于,283 K,，采取下列不同途径升温至,566 K,。试计算各个过程的,Q,，,W,，,U,，,H,，并比较之。,(1),体积保持不变；,(2),压力保持不变。,2025/12/8 周一,例题,(1)d,V,=0,，,W,=0,。,Q,V,=,U,=,nC,V,m,(,T,2,T,1,),=10mol20 JK,1,mol,1,（,566,283,）,K,=56.6 kJ,H,=,nCp,m(,T,2,T,1,),=10mol(20,8.314)JK,1mol,1,（,566,283,）,K=80.129 kJ,2025/12/8 周一,例题,(2),d,p,=0,，,U,2,=,U,1,=56.6 kJ,Qp,=,H,=80.129 kJ,W,=,U,2,Qp,=,-23.529,kJ,2025/12/8 周一,总结,例题计算说明,:,热力学能,U,和焓,H,是状态函数，只要系统变化前后的始、终态一定，则不论经历何种过程，其,U,和,H,一定。,本题中虽然始终态不明确，但理想气体的,U,和,H,都只是温度的函数，即对理想气体只要始终态温度一定，则不同过程的,U,和,H,相同。而,W,和,Q,不是状态函数，其值与过程有关，所以上述二个不同过程的,W,和,Q,分别不同。,2025/12/8 周一,练习,473,0.2MPa,1dm,的双原子分子理想气体,连续经过下列变化,:,(),定温可逆膨胀到,3dm,;,(),再定容升温使压力升到,0.2MPa;,(),保持,0.2MPa,降温到初始温度,473,。,试计算各步及整个循环过程的,W,Q,U,及,H,。,2025/12/8 周一,总结,因为理想气体的热力学能及焓只是温度的函数，所以上面二式对理想气体的单纯,p,，,V,，,T,变化(包括等压、等容、等温、绝热等)均适用。,2025/12/8 周一,绝热过程（,addiabatic process),（1）从先求,U,入手：,2025/12/8 周一,绝热过程（,addiabatic process),（2）从先求,W,入手：,2025/12/8 周一,绝热可逆过程方程式,绝热过程可有两种形式：可逆与不可逆,理想气体,在,绝热可逆过程,中，三者遵循的关系式称为,绝热,可逆,过程方程式,，可表示为：,式中，均为常数，。,应用条件：封闭系统，,W,0，,理想气体，绝热，可逆过程。,(,ratio,of,the,heat,capacities,),2025/12/8 周一,绝热可逆方程的推导,W,R,=-P,外,dV=-P,体,dV=,2025/12/8 周一,绝热可逆方程的推导,2025/12/8 周一,绝热过程（,addiabatic process),绝热功的求算,理想气体绝热可逆过程的功,所以,因为,2025/12/8 周一,绝热可逆过程与等温可逆过程比较,b),绝热可逆：,pV,r,=k,a),等温：,pV=nRT=k,因为绝热过程靠消耗热力学能作功，要达到相同终态体积，温度和压力必定比,B,点低。,从两种可逆膨胀过程的,pV,曲线,看出：,2025/12/8 周一,绝热可逆过程与等温可逆过程比较,AB,线斜率：,AC,线斜率：,b),绝热可逆：,pV,r,=k,a),等温：,pV=nRT=k,2025/12/8 周一,绝热可逆过程与等温可逆过程比较,理想气体等温可逆膨胀所作的功显然会大于绝热可逆膨胀所作的功，这在,p-V-T,三维图上看得更清楚。,在,p-V-T,三维图上，,黄色的是等压面；,兰色的是等温面,；,红色的是等容面,。,体系从,A,点等温可逆膨胀到,B,点，,AB,线下的面积就是,等温可逆膨胀所作的功,。,2025/12/8 周一,绝热过程（,addiabatic process),绝热可逆过程的膨胀功,如果同样从,A,点出发，作绝热可逆膨胀，使终态体积相同，则到达,C,点，,AC,线下的面积就是绝热可逆膨胀所作的功。,显然，,AC,线下的面积小于,AB,线下的面积，,C,点的温度、压力也低于,B,点的温度、压力。,2025/12/8 周一,绝热过程（,addiabatic process),2025/12/8 周一,例：,（1）绝热可逆过程；,（2）反抗恒外压,p,的绝热不可逆过程。,解：,2025/12/8 周一,（1）绝热可逆过程,可由下面过程方程求得末态温度：,2025/12/8 周一,（2）反抗恒外压,p,的绝热过程,二式联立可得末态温度,T,2,=202.8K。,2025/12/8 周一,结论,从同一始态，经绝热可逆与绝热不可逆过程，不可能达同一末态。,换句话说，在同一始末态间，若存在绝热可逆过程，则不可能存在绝热不可逆过程。,？,如何证明？,2025/12/8 周一,Question,W=?，Q=?，U=?，H=?,理想气体向真空绝热膨胀,W=0,Q=0,U=0,H=0,？,2025/12/8 周一,Homework,1-5.10,mol,理想气体由,25,、,10,Pa,膨胀到,25,、,10,5,Pa,，,设过程为,(,i),自由膨胀,；,(,ii),对抗恒外压,10,5,Pa,膨胀,；,(,iii),等温可逆膨胀。分别计算以上各过程的,W,，,Q,，,U,和,。,1-6.,在298.15，101.3,kPa,压力下,，,1,mol,单原子理想气体进行绝热膨胀,，,最后压力为,101.3,kPa,，,若为,(,i),可逆膨胀,；,(,ii),对抗恒外压,101.3,kPa,膨胀,，,求上述二绝热膨胀过程的气体对外界所作的功,；,气体的热力学能变化及焓变。,2025/12/8 周一,