热效应与温度的关系
热力学(三大定律)
1.0 mol R ln 2 5.76 J K 1
非等温过程中熵的变化值
1、 物质的量一定的可逆等容、变温过程
S
T2
nCV ,m dT T
T1
2、 物质的量一定的可逆等压、变温过程
S
T2
nC p ,m dT T
T1
热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质
热力学第一定律
热力学第二定律
从Carnot循环得到的结论：
即Carnot循环中，热效应与温度商值的加和等于零。
p
Q1 Q2 0 T1 T2
任意的可逆循环：
任意可逆循环
V
用相同的方法把任意可逆循环分成许多首尾连接的小卡诺循环。
前一循环的等温可逆膨胀线 就是下一循环的绝热可逆压缩线 (如图所示的虚线部分)，这样两 个绝热过程的功恰好抵消。
克劳修斯
在发现热力学第二定律的基础上，人们期望找到一个物理量，以 建立一个普适的判据来判断自发过程的进行方向。
克劳修斯首先找到了这样的物理量。1854年他发表《力学的热理 论的第二定律的另一种形式》的论文，给出了可逆循环过程中热 力学第二定律的数学表示形式，而引入了一个新的后来定名为熵 的态参量。1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用 的形式》的论文，把这一新的态参量正式定名为熵。并将上述积 分推广到更一般的循环过程，得出热力学第二定律的数学表示形 式。利用熵这个新函数，克劳修斯证明了：任何孤立系统中，系 统的熵的总和永远不会减少，或者说自然界的自发过程是朝着熵 增加的方向进行的。这就是“熵增加原理”，它是利用熵的概念 所表述的热力学第二定律。
H (相变） S (相变） T (相变）
红外热效应与温度的关系
红外热效应与温度的关系
红外热效应是指物体在受到红外线照射后，会产生热效应，使其温度升高。
这种现象在日常生活中非常常见，例如太阳光照射在人体上，会感觉到温暖；烤箱中的食物受到烤炉的红外线照射，会被加热烤熟。
因此，红外热效应与温度之间存在着密切的关系。
红外线的能量与物体的温度有关。
物体的温度越高，其分子的运动越剧烈，分子之间的相互作用力也越强，因此物体的辐射能力也越强。
而红外线的能量就是由物体辐射出来的能量，因此物体的温度越高，其辐射出来的红外线能量也越强。
红外线的照射会使物体吸收能量，从而使其温度升高。
当红外线照射到物体表面时，部分能量会被吸收，使得物体内部的分子运动加剧，从而使其温度升高。
这也是为什么在夏天阳光下暴晒的物体会变得非常热的原因。
红外线的热效应还可以用于测量物体的温度。
由于红外线的能量与物体的温度有关，因此可以通过测量物体辐射出来的红外线能量来推算出物体的温度。
这种方法被广泛应用于工业生产中，例如测量炉温、熔炼金属等。
红外热效应与温度之间存在着密切的关系。
红外线的能量与物体的温度有关，红外线的照射会使物体吸收能量，从而使其温度升高，同时红外线的热效应还可以用于测量物体的温度。
这些都说明了红
外热效应与温度之间的紧密联系。
化学反应中的热效应
化学反应中的热效应化学反应中的热效应是指在化学反应过程中释放出或吸收的能量的变化。
这个热效应对于我们理解和掌握化学反应过程具有重要的意义。
了解热效应可以帮助我们预测反应的进行方向，研究反应的速率，以及优化反应条件等。
本文将从热效应的定义、测量方法和应用角度进行论述。
1. 热效应的定义热效应是指化学反应过程中伴随着能量的变化。
通常分为两种情况：放热反应和吸热反应。
放热反应是指反应过程中系统向周围释放能量，使得周围温度升高；吸热反应则是指反应过程中系统从周围吸收能量，使得周围温度降低。
2. 热效应的测量方法热效应的测量方法主要有燃烧法、量热器法和恒温法。
燃烧法是指将反应物燃烧放出的热量转化为温度变化来测量热效应。
量热器法是指利用量热器来测定反应过程中的温度变化，从而得到热效应。
恒温法是指通过在恒定温度下进行反应，然后测定反应前后温度的差值，从而计算出热效应。
3. 热效应的应用热效应在化学反应中具有广泛的应用。
首先，热效应可以用于判断反应的放热性质还是吸热性质，从而来预测反应的进行方向。
放热反应通常是自发进行的，而吸热反应则需要提供能量才能进行。
其次，热效应可以用于研究反应的速率。
反应的速率通常与温度有关，通过测量反应过程中的热效应可以确定反应速率的变化规律。
此外，热效应还可以用于优化反应条件。
对于吸热反应，可以通过控制温度和提供足够的能量来促进反应进行；对于放热反应，可以通过降低温度和控制反应速率来提高反应的选择性和产率。
4. 热效应的实例让我们以常见的酸碱中和反应为例来说明热效应的应用。
例如，当我们将盐酸和氢氧化钠溶液混合在一起时，会产生盐和水的反应。
这是一个放热反应，即反应过程中系统向周围释放能量。
我们可以通过测量混合溶液的温度变化来确定热效应。
实验结果表明，该反应的热效应为负值，即放热反应。
总结：化学反应中的热效应是指在反应过程中伴随着能量变化的现象。
热效应的测量可以通过燃烧法、量热器法和恒温法来实现。
电阻电路中的热效应与温度特性计算
电阻电路中的热效应与温度特性计算电阻电路是我们在日常生活和工作中常常接触到的一种电路类型。
它由电源、电阻和导线组成，其中电阻是电流通过时会产生热量的元件。
本文将说明电阻电路中的热效应以及如何计算电阻在不同温度下的特性。
一、电阻电路中的热效应在电阻器中，电流通过电阻时会使电阻器发热。
这种发热效应称为热效应，常表现为电阻产生的热量。
电阻产生的热量与电流大小成正比，也与电阻本身的材料和结构有关。
热效应可以通过下面的公式进行计算：Q = I²Rt其中，Q表示电阻产生的热量，单位为焦耳(J)；I表示电流的大小，单位为安培(A)；R表示电阻的电阻值，单位为欧姆(Ω)；t表示电流通过电阻所经过的时间，单位为秒(s)。
这个公式表明，电流越大，电阻越大，电流通过时间越长，电阻产生的热量就越大。
二、温度对电阻的影响当电阻处于高温环境中时，电阻值会发生变化。
这是因为电阻的电阻值与其材料的电阻率有关，电阻率随温度变化而变化。
电阻随温度变化的关系可以通过下面的温度系数公式来计算：Rt = R0(1 + α(t - t0))其中，Rt表示电阻在温度t下的电阻值，R0表示电阻在参考温度t0下的电阻值，单位都为欧姆(Ω)；α表示电阻材料的温度系数，单位为每摄氏度(C)；t表示电阻的当前温度，单位为摄氏度(C)。
根据上述公式，我们可以计算出在不同温度下电阻的电阻值。
温度系数可以由电阻厂商提供的参数手册获得，以便进行准确的计算。
三、示例计算为了更好地理解热效应与温度特性计算，我们来计算一下一个电阻器在不同温度下的电阻值。
假设一个电阻器的电阻值为100Ω，在室温下(25℃)测得。
它的温度系数为0.004/℃。
现在我们要计算在50℃和75℃下电阻的值。
首先，我们需要根据温度系数计算出每个温度下的电阻值：R50 = 100Ω(1 + 0.004(50℃ - 25℃)) = 100.4ΩR75 = 100Ω(1 + 0.004(75℃ - 25℃)) = 101Ω通过以上计算，我们可以得出在50℃和75℃温度下，电阻器的电阻分别为100.4Ω和101Ω。
材料热力学(三大定律)要点
Q Qc Qc 则： I h 1 Qh Qh
根据Carnot定理： 则
Th Tc Tc R 1 Th Th
I R
Qc Q h 0 Tc Th
n Qi 0 < 0 i Ti I
将不可逆热机的结论推广到任意的不可逆循环，则：
二、不可逆过程的热温商
热力学第二定律的数学表达
Clausius不等式
SAB
对于微小变化：
Q ( ) A B T i
Q dS T
Q 是实际过程的热效应，T是环境温度。若是不可逆过 程，用“>”号，可逆过程用“=”号，这时环境与系统温度相同。
熵增加原理
2、 等温、等压可逆相变（若是不可逆相变，应设计始终 态相同的可逆过程）
解法1
22.4 V2 S (O 2 ) nR ln 0.5R ln V1 12.2
0.5 mol 0.5 mol O 2 (g) N 2 (g)
22.4 S (N 2 ) 0.5 R ln 12.2
22.4 nR ln 2 > 0 mix S S (O2 ) S (N2 ) nR ln 12.2
SAB
B Q T A I
如AB为可逆过程
Q S A B T i R,A B
S是状态函数，在确定的始、终态间，ΔS为定值，与过程是否 可逆无关。但过程的热温商之和与过程是否可逆有关。若可逆则过程 的热温商之和等于ΔS；若过程不可逆则过程的热温商之和小于ΔS。
H (相变） S (相变） T (相变）
3、 理想气体（或理想溶液）的等温混合过程，并符合分 体积定律，即 x V
B B
V
mix S R nB ln xB
第二章-热力学第一定律
第二章热力学第一定律Ⅰ学习指导一、基本思路热力学主要包括热力学第一定律和热力学第二定律。
本章热力学第一定律介绍封闭的热力学系统在状态变化时热力学能、热和功之间相互转化所遵循的规律。
首先介绍了热力学的基本概念，如系统和环境、状态函数、过程和途径、热力学平衡态、热和功等，得出了热力学第一定律的文字表述和数学表达式。
热力学能是热力学第一定律所引出的重要的状态函数，它是系统内部所具有的能量。
热和功是封闭系统在状态变化时与环境传递能量的两种方∆=+，将封闭系统变化过程式，都与过程有关，称为过程量。
通过热力学第一定律U Q W中热、功和热力学能改变联系了起来。
焓是由系统的热力学能、体积和压力组合得到的一个状态函数，在一定条件下，系统的焓变与过程的热相联系，焓及其有关公式可以看成是热力学第一定律的扩展。
通过Gay-Lussac-Joule实验，说明理想气体的热力学能和焓只是温度的函数；通过Joule-Thomson实验讨论了热力学第一定律对实际气体的应用。
热力学第一定律的具体应用就是围绕不同过程（理想气体简单状态变化、相变和化学变化）中热、功、热力学能变和焓变的计算展开。
准静态过程和可逆过程是热力学的重要概念；卡诺循环是热力学的特殊循环。
热化学是热力学第一定律对于化学反应系统的应用，据此可以计算反应的热效应，通常利用热化学数据(生成焓和燃烧焓)及Hess定律可直接求得298 K下反应的热效应，应用Kirchhoff定律可计算不同温度下反应的热效应。
本章还介绍了热力学第零定律，以热平衡现象为基础给出了温度的概念。
本章的主要内容及其逻辑关系如框图所示。
二、基本概念1．热力学第零定律如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。
这个热平衡规律称为热力学第零定律。
此定律给出了温度的概念和比较温度的方法。
2．状态函数状态是系统的一切宏观性质（质量、温度、压力、密度和热力学能等）的综合表现。
热效应实验报告
热效应实验报告实验名称：热效应实验实验目的：通过测量材料在不同温度下的热膨胀系数，加深对热膨胀及热效应的理解，掌握热膨胀实验的基本方法和技能。
实验仪器：热膨胀仪、温度计、力计实验材料：1. 铝条2. 工具钢条实验原理：物质在温度变化时，其尺寸会改变。
这种尺寸的改变称为热膨胀。
物质的热膨胀系数与温度有关。
热膨胀问题在机械设计、建筑工程、水利工程、地质勘探等方面都有应用。
实验步骤：1. 将铝条与工具钢条放在热膨胀仪上，安好。
2. 将温度计插入温度计插座中，调节温度计与温度计孔座对准，接通电源，使电炉的温度升高。
3. 当温度达到预先设定的温度后，读取温度计示数记作T1，加上适当重物记录初始长度(ΔL1)。
4. 继续加温，并在每个温度时读取温度计示数和测量样品的长度，直到温度达到设定值以后，记录最终温度T2和最终长度(ΔL2)。
5. 关掉电源，将样品取出。
实验结果：实验中测得铝条在温度为T1时初始长度为ΔL1，最终温度为T2时长度为ΔL2。
计算出铝条的热膨胀系数α。
同样地，测得工具钢条在温度为T1时初始长度为ΔL1，最终温度为T2时长度为ΔL2，计算出工具钢条的热膨胀系数β。
实验结论：通过实验结果可以发现，在同一温度范围内，铝条的热膨胀系数大于工具钢条的热膨胀系数。
这与铝的热导率较高，散热迅速有关。
铝条的热膨胀系数约为23.2×10^-6/℃，工具钢条的热膨胀系数约为11.5×10^-6/℃。
实验心得：通过本次实验，我深入了解了热膨胀及热效应的基本概念。
在实验中，我们通过使用热膨胀仪的方法测量了物质的热膨胀系数，巩固了热膨胀实验的基本方法和技能。
同时，实验还锻炼了我们的动手实践能力和实验操作能力，在实验中，我不仅学习了理论知识，也学会了如何合理安全地进行实验。
热力学第一定律3
101325Pa
101325Pa Vm(g) Vm(l)
100℃ 饱和液体
饱和蒸气 100℃
例：1 mol 100℃、 101325Pa的水密封在玻璃泡内，置于 恒温100℃的刚性真空箱中后敲碎，蒸发为100 ℃、 101325Pa的水蒸汽，计算整个过程的Q、W、△U、 △H 。已知100℃水的蒸发焓为40.64KJ。
1 mol 100℃ 101325Pa H 2O(l)
始态：
1 mol 100℃、 101325Pa H2O(l)
途径1:向真空
不可逆蒸发
末态：
1 mol 100℃、 101325Pa H2O(g)
ΔvapHm(373K)=40.64KJ
途径2:恒压101325Pa 可逆蒸发 解：另外设计一条途径2 ,求解△H,△U
恒T
B(l) 1 mol T1 , P2 ΔH2
恒T
ΔH3
B(l) 1 mol T1 , P1
ΔvapHm(T1)，已知 可逆相变
B(g) 1 mol T1 , P1
H 1
T1
T2
C p ,m ( l ) dT
H 4
H 1 H 4
B(l) 1 mol T2 , P2
C
二．标准摩尔反应焓 r H m
一般的化学反应是在T、P、W’＝0 的条件下进行， 故反应热Qp＝△rH，△rH 为反应焓变。
在T、P和各反应组分组成不变的情况下，进行反应进 度ξ＝1mol反应，引起反应系统的焓变，摩尔反应焓
rHm
def
dr H d
单位：kJ.mol-1 、 J.mol-1
Q2＝ △H2 ＝ ΔvapHm(373K)=40.64KJ △U2＝ Q 2+ W2 W20Pa 外(Vg－VL)＝－PVg ＝－P 100℃ 恒温
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热效应与温度的关系—基尔戈夫定律
同一化学反应在不同温度下进行时，热效应是不同的。
例如，碳不完全燃烧生成CO 的反应，在298 K 时△H ＝－110.50千焦；1800K 时△H ＝－117.10千焦。
由一般热力学手册查得的生成热都是298K 的数据。
应用这些生成热数据只能得到298K 的热效应。
实际遇到的化学反应往往在其它温度下进行，尤其是冶金反应，大多数是在高温条件下发生，所以要找出热效应与温度的关系，才能算出其它温度的热效应。
一、基尔戈失定律
热效应与温度的关系式是根据状态函数的特点而推得的。
以碳的不完全燃烧反应作为例子。
设T 1K 时反应C (石墨)＋
2
1O 2＝CO 的热效应是△H T1，求T 2K 时反应的热效应△H T2。
设反应经两条不同途径实现，如下图所示。
途径I ：T 2K 下碳不完全燃烧生成CO 的反应，热效应为△H T2，途径Ⅱ：由下述三个步骤完成：
（1）将原始物碳和氧，由温度T 2K 改变到T 1K,热效应分别为△H 1、△H 2
dT C H T T PC ⎰
=
∆1
2
1 dT C H
T T PO ⎰
=
∆1
2
2
2
12
（2）T 1K 下碳不完全燃烧生成CO 的反应，热效应为△H T1 （3）产物CO 由温度T 1K 改变到T 2K ，热效应为△H 3。
dT C H
T T PCO ⎰
=
∆2
1
3
由于焓是状态函数，两条途径的△H 一定相等，即：△H T2＝△H 1＋△H 2十△H T1＋△H 3 ＝
dT
C T T PC ⎰
1
2
＋
dT
C T T PO ⎰
1
2
2
2
1＋△
H T1
＋
dT
C T T PCO ⎰
2
1
＝△
H T1
＋
dT C C C PO T T PC PCO )21({2
2
1
⎰
+
+
式中{C pCO 一(C pC 十2
1C pO2)}是产物CO 的热容与原始物碳和氧的热容总和之差，称为热容
差，以△Cp 表示。
如果写成通式，即：△C P ＝Σ（n △C P )产物—Σ（n △C P )原始物
则：dT C H H T T p T T ⎰
∆+
∆=∆2
1
12 △C P ＝△a 十△bT ＋△c T -2
上式是反应热效应与温度的关系式，称为基尔戈夫(Kirchhoff)定律。
式中△a 、△b 和△c 表示这些经验常数产物与原始物的差值。
如果知道△C P 与T 的函数关系及T 1K 的△H T1时，就可以求出T 2K 的△H T2。
通常T 1K 选择298K ，因为△H 298可以由生成热计算。
将这个关系代入并进行积分，得：T
c bT
aT H
H T '
2
21∆-
∆+
∆+∆=∆
式中的△H o 可通过代入某一已知的△H （如△H 298）及相应的T 来确定。
△H o 确定后，就可以用来计算任一指定温度的△H 了。
当然，计算△H 的温度范围不能超过Cp 与T 关系式的温度范围。
应用基尔戈夫公式时，必须注意： （1）计算时的单位要统一。
（2）在计算的温度范围内，如反应物和产物有聚集状态的变化时，要考虑其相变热。
同时，由于聚集状态的变化要引起物质热容的突变，所以这时要分段积分。
当其中一个物质有聚集状态变化时，基尔戈夫公式变成如下形式：
P
2T 1122
p
p
1
H
dT C dT C H H T T T T T ∆±∆+
∆+
∆=∆⎰
⎰
式中T P —相变温度（熔点、沸点或晶型转变温度）； △C p1—相变前反应产物与原始物的热容差； △C p2—相变后的热容差； △H P —相变热。
若产物发生相变，则△H P 前面取“十”号；若原始物发生相变，则取“－”号。
对于相变较多的复杂情况，可直接根据状态函数的特点推出，不必代入公式。