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1.7第一定律应用

1.7第一定律应用null第七节热力学第一定律的应用第七节热力学第一定律的应用一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓焦耳于1843年做了如下实验：将两个容量相等且中间以旋塞相连的容器，置于有绝热壁的水浴中。如图所示。其中一个容器充有气体，另一个容器抽成真空。待达热平衡后，打开旋塞，气体向真空膨胀，最后达到平衡。一、理想气体的热力学能和焓U = Q – W=0 – 0=0结果：温度不变 U= f (T,V)同理= 0= 0 0焦耳实验：理想气体向真空膨胀结论：理想气体的热力学能 U只随T而变。解释...

null第七节热力学第一定律的应用第七节热力学第一定律的应用一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓焦耳于1843年做了如下实验：将两个容量相等且中间以旋塞相连的容器，置于有绝热壁的水浴中。如图所示。其中一个容器充有气体，另一个容器抽成真空。待达热平衡后，打开旋塞，气体向真空膨胀，最后达到平衡。一、理想气体的热力学能和焓U = Q – W=0 – 0=0结果：温度不变 U= f (T,V)同理= 0= 0 0焦耳实验：理想气体向真空膨胀结论：理想气体的热力学能 U只随T而变。解释：理想气体分子之间无作用力，无分子间位能，体积改变不影响热力学能。T不变真空一、理想气体的热力学能和焓一、理想气体的热力学能和焓从焦耳实验得到：“理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数”一、理想气体的热力学能和焓二、理想气体的Cp及Cv之差二、理想气体的Cp及Cv之差二、理想气体的Cp及Cv之差即理想气体的Cp.m与 CV.m均相差一摩尔气体常数R 值。二、理想气体的Cp及Cv之差二、理想气体的Cp及Cv之差根据统计热力学可以证明在常温下，对于理想气体：可见在常温下理想气体的和均为常数。二、理想气体的Cp及Cv之差三、理想气体的绝热过程1.理想气体绝热可逆过程方程式在绝热过程中，根据热力学第一定律可得：这时，若体系对外作功，内能下降，体系温度必然降低，反之，则体系温度升高。因此绝热压缩，使体系温度升高，而绝热膨胀，可获得低温。三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程理想气体绝热可逆过程，若非体积功零，则三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程上式写成：三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程 K为常数。若将T = pV/nR 代入上式得：K ’为另一常数。若将V =nRT/p 代入式（1）得：式(1)、(2)、(3)均为理想气体在W’=0条件下的绝热可逆过程中的过程方程式。三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程 2.绝热过程的功若温度范围不太大，CV可视为常数，则 W=－ CV (T2－T1)=CV (T1－T2) （1）代入（1）：对理想气体，Cp－CV＝ nR，则三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程式（1）和（2）均可用来计算理想气体的绝热功。公式（1）、（2）适用于定组成封闭系统理想气体的一般绝热过程，不一定是可逆过程。三、理想气体的绝热过程三、理想气体的绝热过程从两种可逆膨胀曲面在pV面上的投影图看出：AB线斜率：AC线斜率：同样从A点出发，达到相同的终态体积，等温可逆过程所作的功大于绝热可逆过程所作的功。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。3.绝热可逆与定温可逆过程的比较三、理想气体的绝热过程>1W等温W绝热四、热力学第一定律应用于实际气体1.节流膨胀 1853年焦耳和汤姆逊设计了节流膨胀实验。装置如下图：四、热力学第一定律应用于实际气体多孔塞P1 > P2演示四、热力学第一定律应用于实际气体这种维持一定的压力差的绝热膨胀称为节流膨胀。当节流膨胀经过一定时间达到稳定状态后，左、右侧气体的温度稳定不变，实测值分别为T1与T2，且T1≠T2。四、热力学第一定律应用于实际气体四、热力学第一定律应用于实际气体2.节流膨胀是恒焓过程由于是绝热过程，据热力学第一定律得：ΔU = W 环境对系统作功： W1= p1ΔV ＝ -p1（0-V1）＝ p1 V1 系统对环境作功：W2= p2ΔV =-p2（V2-0）=－p2V2 整个过程系统对环境所作的功为： W=p1V1－p2V2 因此 ΔU=U2-U1=W=p1V1-p2V2 移项得： U2+p2V2=U1+p1V1 即 H2=H1 ΔH=0 可见，气体的节流膨胀是一恒焓过程四、热力学第一定律应用于实际气体四、热力学第一定律应用于实际气体3.焦耳-汤姆逊系数节流膨胀过程为恒焓过程，对理想气体来说，焓仅为温度的函数，焓不变，则理想气体通过节流膨胀，其温度保持不变。而对实际气体而言，通过节流膨胀，焓值不变，温度却发生了变化，这说明实际气体的焓不仅取决于温度，而且与气体的压力有关。四、热力学第一定律应用于实际气体四、热力学第一定律应用于实际气体假设节流膨胀在dp的压差下进行，温度的改变为dT，定义：四、热力学第一定律应用于实际气体下标H 表示该过程是恒焓过程。J-T 称为焦耳-汤姆逊系数，它表示经节流膨胀气体的温度随压力的变化率。 J-T 的大小，既取决于气体的种类，又与气体所处的温度、压力有关。四、热力学第一定律应用于实际气体四、热力学第一定律应用于实际气体四、热力学第一定律应用于实际气体在这个实验中，使人们对实际气体的U和H的性质有所了解，并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。四、热力学第一定律应用于实际气体单击网页左上角“后退”退出本节单击网页左上角“后退”退出本节

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