1.2可逆过程与最大功

合集下载

1.2可逆过程与最大功

1.2可逆过程与最大功

不可逆过程
1.作用于体系的力有定值, 作用于体系的力有定值, 作用于体系的力有定值 不是无限小, 不是无限小,体系至少有时 处于非平衡态 2.过程的速度不是无限小 过程的速度不是无限小 3.有阻力存在 ,有能量耗散 有阻力存在 4.其逆过程不能使体系与环 其逆过程不能使体系与环 境同时恢复原状 5.实际过程,但在某种情况 实际过程, 实际过程 下可使之接近于极限的可逆 过程
途径2: 途径 一次恒外压压缩 ( Pe = P1 )
∗ W2 = −P (V −V2 ) = A + B + C 1 1
途径3: 途径 无限缓慢压缩 ( Pe = P2 + dP =P)
V2 P ∗ + W = nRT ln = nRT ln 1 = W =B+C 3 3 V P 1 2
结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 环境对体系 做 功越少; 无限缓慢压缩时, 环境对体系做最小 功越少; nRT ln V2 = nRT ln P W∗ = 无限缓慢压缩时, 1 3 功.
如: •
理想气体有限次的定温膨胀过程和压缩过程
• 非平衡态下的相变过程
可逆过程
1.作用于体系的力无限小, 作用于体系的力无限小, 作用于体系的力无限小 即不平衡的力无限小, 即不平衡的力无限小,体系 无限接近平衡状态 2.过程的速度无限缓慢,所 过程的速度无限缓慢, 过程的速度无限缓慢 需时间无限长 3.无任何摩擦阻力存在,无 无任何摩擦阻力存在, 无任何摩擦阻力存在 能量耗散 4.其逆过程能使体系与环境 其逆过程能使体系与环境 同时恢复原状 5.实际不存在的理想过程 实际不存在的理想过程
W = −P (V2 −V ) 2 2 1

1.2可逆过程1.3热与过程

1.2可逆过程1.3热与过程

热容与温度有关。
课堂练习
一、 判断题与填空题:
1、 可逆的化学反应就是可逆过程。
X
2、 焓的定义式 H = U + pV 是在定压条件下推导出来的,所以只 有定压过程才有焓变。
X
3、 焓的增加量 H 等于该过程中体系从环境吸收的热量。
X
4、 理想气体的定温可逆膨胀体系做的功最
过程环境做的功最

大 ,定温可逆压缩
dU QV
U QV
物理意义:不做有用功的定容过程,体系吸收的热等于 热力学能的变化
说明:下标“V”表示过程中恒容且不做有用功
推导过程:
dU= Q+ W= Q-pe dV+ W '
dV 0
W 0
'
dU QV
U QV
封闭体系、 等容、 W′= 0、
1.3.2 定压热(Qp)Fra bibliotekQV U ( )V 定容热容CV : CV dT T
Qp H Cp ( )p dT T
定压热容Cp:
摩尔热容:
规定物质的数量为1mol的热容。即C m 单位为: J K 1 mol1 。分
CV ,m 和 C p ,m
1.3.5 热容与温度的关系
热容随温度变化,常用级数形式来表示:
结论:功与途径有关。始终态相同,但途径不同,所作的功 不相同。可逆膨胀,体系对环境作最大功;可逆压缩,环境 对体系作最小功。 物化缘来如此
1.2.2 可逆过程的特点
(1)体系与环境始终无限接近于平衡态;
(2)经过一个循环后,体系和环境均恢复原态;
(3)体系对环境做最大功,环境对体系做最小功。
可逆过程的应用

可逆过程与可逆功

可逆过程与可逆功

两种功的区别:
A
P0 V0 T P V1 T
B p
p
T
C
p'
P’ V1 T ’
'
p "(V " V ')
p2 (V2 V ")
W3 nRT ln
V2 V1
这种过程近似地可看作可逆过程,所作的功最大。
(二)压缩过程
将体积从 V 压缩到
2
V1 ,有如下三种途径:
1.一次等外压压缩 在外压为 p 下,一次从 V 压 缩到 V ,环境对体系所作的功 (即体系得到的功)为:
上述为理气绝热可逆过程方程式。描述了理气在该种过 程中p、T、V之间的关系。要熟记。
2)理想气体绝热可逆过程体积功
理气绝热可逆功有两种计算方法: ①由热一律 绝热可逆
P80
U Q W
Q 0 U W r ,a
Wr ,a nCV ,m T 所以 ②利用过程方程式
W r ,a
二 可逆过程(reversible process)P76
1.定义
体系由始态到终态发生了一过程,若能在不给 可逆过程: 体系和环境留下任何影响(痕迹)的条件下体 Reversible process 系与环境都恢复到原态,则原过程称为可逆过 程。途径Ⅲ的正逆过程均为可逆过程。
不可逆过程: 体系由始态到终态发生了一过程后,用任何方 法也不能使体系与环境都完全复原,则此过程 irreversible process 称为不可逆过程。途径Ⅰ、Ⅱ为不可逆过程, 自然界的一切实际过程都是不可逆过程,可逆过程是热力学 上的一种假想过程,是一种科学的抽象,实际过程只能无限趋近 它。但是可逆过程的讨论,在热力学中有着重要的意义。

第1章可逆过程

第1章可逆过程
0kJ 18.24kJ 18.24kJ
Q U W
0 18.24kJ 18.24kJ

11
解法二:
因为
PV 1 1 nRT 1
3 3
202.65 pa 10 10 m PV 1 1 243.745K 所以 T1 1 1 nR 1mol 8.314 J K mol 3 3 2026.5 p 10 10 m PV a 同理 T2 2 2 2437.45K 1 1 nR 1mol 8.314 J K mol
V2
1
V2
V1
QP H n C P,m dT nCP,m T2 T1
T2
U n CV ,m dT nCV ,m T2 T1
T2 T1
T1
9
例2-2 1mol的理想气体H2(g)由202.65kPa、10dm3等容升温, 压力增大到2026.5kPa,再等压压缩至体积为1dm3。 求整个过程的 Q、W、U和H
1
V2
QV U n CV ,m dT nCV ,m T2 T1
T2 T1
H n C P,m dT nCP,m T2 T1
T2 T1
3.等压过程
W pe dV pdV p V2 V1 nRT2 T1 V
一、热力学可逆过程的特点
1.可逆过程进行时,系统状态变化的动力与阻力相差无限小, 所以在恒温条件下,系统可逆膨胀时对环境所作的功最大, 系统可逆压缩时从环境得到的功最小。 2.可逆过程进行时,系统与环境始终无限接近于平衡态;或 者说,可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成。 因此,可逆即意味着平衡。 3.若变化循原过程的逆向进行,系统和环境可同时恢复到原 态。同时复原后,系统与环境之间没有热和功的交换。 4.可逆过程变化无限缓慢,完成任一有限量变化所需时间无 限长。

关于“可逆过程作最大功”的讨论

关于“可逆过程作最大功”的讨论

,
就不 能说 其二
,
在 相 同的始
终态间
,
可 逆 过程 作功 最大
体 系在恒 容条 件 下
不 论过 程是 否 可 逆
所作 体积功 为 零
,
在恒 温条 件 下
9 1
,
不 沦过程 是 否 可逆


,
所 作体 积 功均 为 P ( V 一 V )
,
:
:
.
从休 积 功 来说
.
,
在 上 述 条件 下 可 逆
这 种省略 导致 了一 些 教 师 和 学 生 不 分 场 合地套用 下面 我 们来 论 证 为什 么
可 逆 过程 中作 最大 功
这 一 有条件 的 结 论
.
可逆过 程 作 最 大
只 适用 于 等 温 过 程 一

体 系 在 相同 的始 终 态 间 进 行的各 种 可 逆过 程
,
,
体积 功 可 以 不 同



B
(
l a
tm
,
2

.
2 5升
,
0 3
oK
A ,
1
a
B之 间 可 以 设计 很 多 可 逆过 程 和 不 可 逆 过程
t m 的 不可 逆过 程
a
、 ,
a

p为可 逆 过程 计
,
另 有 一 个反抗恒 外 压
.
B C 直 线 下 面 的面 积 是 不可 逆 过
,
程 作的体积 功
a
a

p 曲线下 方 的面积 分别 是

都是相 等 的
差 别在非体祖功上

热力学三大定律

热力学三大定律

三. 封闭系统热力学第一定律的数学表达式
UQW
对微小的变化过程:
dU QW
因为内能是状态函数,数学上具有全微分性
质,微小变化可用dU表示;Q和W不是状态函 数,微小变化用表示,以示区别。
第22页,共97页。
四、第一定律的文字表述
说明热力学能、热和功之间可以相互转化,但总的能量 不变。
也可以表述为:第一类永动机是不可能制成的。第一定 律是人类经历的总结。
3.热与过程有关,不是状态函数。
4. 符号:系统吸热为正(+), 系统放热为负(- )。
第15页,共97页。
七、功〔W 〕
1. 定义:除热之外,在系统与环境之间 以一切其它方式传递的能量。
机械功〔体积功〕;外表功 ;电功
2. 功的微观本质:系统以有序方式传递
的能量
3.功与过程有关,不是状态函数
4.符号:系统做功为负〔-〕,环境做 功为正〔+〕
c.状态函数的增量可用全微分表示;
d.状态函数的环路积分为零。
第12页,共97页。
五、过程〔process )
1.恒温过程〔isothermal process)
在变化过程中,系统的始态温度与终态温 度 一样,并等于环境温度。
2.恒压过程〔isobaric process)
在变化过程中,系统的始态压力与终态压力一 样,并等于环境压力。
3.恒容过程〔isochoric process)
在变化过程中,系统的容积始终保持不变。
第13页,共97页。
4.绝热过程〔adiabatic process)
在变化过程中,系统与环境不发生热的传递。
(对那些变化极快的过程,如爆炸,快速燃烧,系统与环境来不 及发生热交换,那个瞬间可近似作为绝热过程处理)

第一章热力学第一定律

第一章热力学第一定律

第一章热力学第一定律本章主要内容1.1热力学概论1.2热力学第一定律1.3 可逆过程和最大功1.4 焓1.5 热容1.6 热力学第一定律对理想气体的应用1.7实际气体1.8热化学1.9化学反应热效应的求算方法1.10反应热与温度的关系——基尔霍夫定律§1.1热力学概论1.1.1热力学的研究对象(1)研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律;(2)研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应;(3)研究化学变化的方向和限度。

1.1.2 热力学的方法和局限性热力学方法:热力学在解决问题是使用严格的数理逻辑推理方法,其研究对象是大量质点的集合体,所观察的是宏观系统的平均行为,并不考虑个别分子或质点,所得结论具有统计意义。

优点:只须知道宏观系统变化的始终态及外部条件,无须知道物质的微观结构和变化的细节即可进行有关的定量计算。

局限性:(1)对所得的结论只知其然而不知所以然;(2)不能给出变化的实际过程,没有时间的概念,也不能推测实际进行的可能性。

(3)只能适应用于人们所了解的物质世界,而不能任意推广到整个宇宙。

1.1.3 几个基本概念:1、系统与环境系统(System)——把一部分物质与其余分开作为研究对象,这这种被划定的研究对象称为系统,亦称为物系或系统。

环境(surroundings)——与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。

(1)敞开系统(open system) -系统与环境之间既有物质交换,又有能量交换。

(2)封闭系统(closed system)-系统与环境之间无物质交换,但有能量交换。

(3)孤立系统(isolated system )-系统与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故又称为隔离系统。

有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。

2、状态与状态性质(1)热力学系统的所有物理性质和化学性质的综合表现称为状态,而描述状态的的性质被称为状态性质(或热力学性质)一般用宏观可测性质来描述系统的热力学状态,故这些性质又称为热力学变量。

热力学第一定律复习题

热力学第一定律复习题
1.2.3热 系统与环境间由于温差而交换的能量。热是物质分子无序运 动的结果,是过程量。在绝热系统中发生了放热反应,尽管系统的温度 升高,但。这是因为系统没有与环境交换热量。热不是状态函数。从同
一始态到同一终态,途径不同热也不同。常用的有恒压热和恒容热。热 值的符号规定为系统吸热取正值,放热取负值。
(答案) c 可逆过程: 体系经过某一过程从状态(1)变到状态(2)之后,如果能够使体系 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 特征: ①状态变化时推动力与阻力相差无限小,体系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体系变化一个循环后,体系和环境均恢复原态,变化过程中无任何 耗散效应; ④等温可逆过程中,体系对环境作最大功,环境对体系作最小功。 ⑤在可逆过程中,由于状态变化时推动力与阻力相差无限小,所以完
道。
热力学第一定律数学表达式:△U=Q+W,在封闭系统、W =0、恒容条件下,△U=QV 。 焓函数(H): H≡U+pV, 是状态函数,且为广度量,但绝对值不知道。在封闭系统、W =0、恒压条
件下,△H=Qp 。 热力学第 一定律及 焓函数 系统状态变化时,计算系统与环境间交换的能量 状态变化 及过程 溶解及混合 化学变化 相变化 单纯的pTV变化 恒容过程(V始=V终) 恒温过程(T始=T终=T环) 恒压过程(p始=p终=p环) 绝热过程(Q = 0) 节流过程(H = 0,Q=0) 系统及 状态 环境:在系统以外与系统密切相关部分 系统:隔离系统;封闭系统;敞开系统
④在相同的始、终态间,恒温可逆过程系统对环境作最大功,环境 对系统作最小功;
⑤由于状态变化时推动力与阻力相差无限小,所以完成过程所需时 间为无限长。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

( n , T , P1 , V1 ) 体系: △U=0 △T=0 △P=0 △V=0
W3 Q3
( n , T , P2 , V2 )
W3* Q3*
( n , T , P1 , V1 )
环境:W= W3 +W3* =0
环境是个大热源,与 环境是个大热源, 体系交换的热不足以 改变其状态
环境没有热和功的得失, 环境没有热和功的得失, 恢复原状
V 1 P 2
W2* > W3*
结果:在始终态相同时, 膨胀次数越多, 结果:在始终态相同时, 膨胀次数越多, 体系 对环境做功越大, 无限缓慢膨胀时, 对环境做功越大, 无限缓慢膨胀时, 体系对环 膨胀时 境作最大功, 境作最大功, W = nRT ln V = nRT ln P 最大功 1 2 3
§1-2 可逆过程与最大功
一.功与过程
理想气体的定温膨胀过程( 定温膨胀过程 例1.n mol 理想气体的定温膨胀过程( W′= 0 ) . ( n , T , P1 , V1 )
We = -∫PedV
( n , T , P2 , V2 )
途径1 向真空膨胀( 途径 : 向真空膨胀 Pe = 0 ) , W1 = 0 途径2: 途径 一次恒外压膨胀 ( Pe = P2 )
途径2: 途径 一次恒外压压缩 ( Pe = P1 )
∗ W2 = −P (V −V2 ) = A + B + C 1 1
途径3: 途径 无限缓慢压缩 ( Pe = P2 + dP =P)
W∗ 3 V2 P + = nRT ln = nRT ln 1 = W =B+C 3 V P 1 2
结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 环境对体系 做 功越少; 无限缓慢压缩时, 环境对体系做最小 功越少= nRT ln V2 = nRT ln P W∗ ; 无限缓慢压缩时, 1 3 功.
V2 P 1
结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 环 结果: 在始终态相同时, 压缩次数越多, 境对体系做功越少; 无限缓慢压缩时 , 环境对 境对体系做功越少 ; 无限缓慢 压缩时, 压缩时 最小功. 体系做最小功 体系做最小功.W3*=- W3来自-二.可逆过程
可逆过程: 某过程进行后, 可逆过程: 某过程进行后, 若体系沿原来的
V2
v
结果:在始终态相同时, 膨胀次数越多, 结果:在始终态相同时, 膨胀次数越多, 体系对 环境做功越大, 无限缓慢膨胀时, 体系对环境作 环境做功越大, 无限缓慢膨胀时,
2 最大功, 最大功, 3 = nRT ln V1 = nRT ln P . W
V2
P 1
理想气体的定温压缩过程( 例2.n mol 理想气体的定温压缩过程( W′= 0 ) . ( n , T , P2 , V2 ) ( n , T , P1 , V1 )
W2 = 0
W3 = − Pe ∆V = − P∆V = −nR∆T = −1× 8.314 × (223 − 273)
= 415.7 J
We = -∫PedV
W = −P (V2 −V ) 2 2 1
途径3: 途径 无限缓慢膨胀 ( Pe = P1 - dP=P )
V P 1 W = nRT ln = nRT ln 2 3 V2 P 1

p W1 = 0
P1
A
B
P2
W2 = −P (V2 −V ) = C 2 1
W3 = B + C
C
V1
W3 > W2 > W1
练习题:下列说法,哪一种正确 练习题:下列说法,哪一种正确: D A、完成用一过程,经任意不可逆途径所做的功都一 、完成用一过程, 样多 B、完成同一过程,经不同的可逆途径所做的功都一 、完成同一过程, 样多 C、同一过程,经可逆途径所做的功一定比不可逆途 、同一过程, 径所做的功多 D、完成同一过程,经可逆途径所做的功不一定比经 、完成同一过程, 不可逆途径所做的功多
四. 不可逆过程
不可逆过程:某过程进行后, 若体系沿原来 某过程进行后,
的途径反方向变化, 使体系恢复原状的同时, 的途径反方向变化, 使体系恢复原状的同时, 环 境没有恢复原状,而留下了永久性的变化, 境没有恢复原状,而留下了永久性的变化, 则该 过程称为“热力学不可逆过程” 过程称为“热力学不可逆过程”。
途径反方向变化, 使体系恢复原状的同时, 途径反方向变化, 使体系恢复原状的同时, 环境也能恢复原状而未留下任何永久性的变 环境也能恢复原状而未留下任何永久性的变 则该过程称为“热力学可逆过程” 化, 则该过程称为“热力学可逆过程”。
如:上述定温无限缓慢膨胀和定温无限缓慢压缩
定温无限缓慢膨胀
定温无限缓慢压缩
不可逆过程
1.作用于体系的力有定值, 作用于体系的力有定值, 作用于体系的力有定值 不是无限小, 不是无限小,体系至少有时 处于非平衡态 2.过程的速度不是无限小 过程的速度不是无限小 3.有阻力存在 ,有能量耗散 有阻力存在 4.其逆过程不能使体系与环 其逆过程不能使体系与环 境同时恢复原状 5.实际过程,但在某种情况 实际过程, 实际过程 下可使之接近于极限的可逆 过程
2 Wmax=-Wmin= nRT ln V1 = nRT ln P
V2
P 1
可逆过程是理想化的过程, 4.可逆过程是理想化的过程,是实际过程所 能达到的极限。 能达到的极限。
许多实际过程可近似看作可逆过程处理。 许多实际过程可近似看作可逆过程处理。如 理想气体的定温无限缓慢膨胀过程和压缩过程; 理想气体的定温无限缓慢膨胀过程和压缩过程; I → 0 时, 电池放电过程; 电池放电过程; 一定条件下的化学反应等。 一定条件下的化学反应等。 正常相变温度下的相变过程: 正常相变温度下的相变过程: 相变温度下的相变过程 l ( T沸 ,Pl* ) S ( T ,Ps* ) S ( T熔点,Pθ ) g (T沸 ,Pl* ) g ( T , Ps* ) l (T熔点,Pθ )
体系恢复原状
三.可逆过程的特点
过程进行得无限缓慢, 1.过程进行得无限缓慢,是由一系列无限接近平 衡态的微小变化组成,速度趋近于零。 衡态的微小变化组成,速度趋近于零。 若循原过程反方向变化,体系和环境同时复原。 2.若循原过程反方向变化,体系和环境同时复原。 3.可逆过程中,体系对环境做最大功Wmax,而环境 可逆过程中,体系对环境做最大功W 对体系做最小功W 理想气体定温可逆过程 定温可逆过程: 对体系做最小功Wmin ;理想气体定温可逆过程:
1.1mol 单原子理想气体,从同一始态出发(105 Pa , 0℃), . 分别通过下列各可逆过程到达终态,计算各过程的 Q、W、 △U、△H及△S。 (1) 定温膨胀到104Pa; (2) 定容冷却到-100℃ (3) 定压冷却到-50℃
P 104 W1 = nRTln 2 = 1×8.314× 273ln 5 = −5.226kJ P 10 1
如: •
理想气体有限次的定温膨胀过程和压缩过程
• 非平衡态下的相变过程
可逆过程
1.作用于体系的力无限小, 作用于体系的力无限小, 作用于体系的力无限小 即不平衡的力无限小, 即不平衡的力无限小,体系 无限接近平衡状态 2.过程的速度无限缓慢,所 过程的速度无限缓慢, 过程的速度无限缓慢 需时间无限长 3.无任何摩擦阻力存在,无 无任何摩擦阻力存在, 无任何摩擦阻力存在 能量耗散 4.其逆过程能使体系与环境 其逆过程能使体系与环境 同时恢复原状 5.实际不存在的理想过程 实际不存在的理想过程
相关文档
最新文档