物理化學(xué)氣體可逆膨脹壓縮過程理想氣體絕熱可逆過程方程試學(xué)習(xí)教案

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1物理化學(xué)氣體可逆膨脹壓縮物理化學(xué)氣體可逆膨脹壓縮(y su)過程過程理想氣體絕熱可逆過程方程試?yán)硐霘怏w絕熱可逆過程方程試第一頁(yè)，共13頁(yè)。氣體恒溫膨脹過程的不同途徑(tjng)的體積功a: 返回(fnhu)下下張幻燈片例1第1頁(yè)/共13頁(yè)第二頁(yè)，共13頁(yè)。請(qǐng)同學(xué)(tng xu)們自己分析: 按 3 種途徑進(jìn)行對(duì)應(yīng)的一步壓縮, 三步壓縮和無(wú)限多步壓縮使系統(tǒng)狀態(tài)復(fù)原, 哪種途徑消耗的壓縮功最?。?該壓縮功與最大膨脹功有何關(guān)系？結(jié)論一 : 當(dāng)始, 終態(tài)確定(qudng)的條件下, 功與途徑有關(guān). 其中無(wú)限多步膨脹途徑, 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作最大功！功是途徑函數(shù)！結(jié)論二 :當(dāng)始, 終態(tài)確定的條件下,

2、逆向的無(wú)限多步壓縮途徑, 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作最小功! 并且與膨脹(png zhng)時(shí)的最大功相等!第2頁(yè)/共13頁(yè)第三頁(yè)，共13頁(yè)。3. 可逆體積(tj)功可逆過程的定義: 在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過程, 熱力學(xué)中稱為可逆過程.可逆過程的條件: 系統(tǒng)內(nèi)外的強(qiáng)度性質(zhì)只能相差無(wú)限小, 且無(wú)摩擦力. T = T(環(huán)) dT (非絕熱時(shí)) 系統(tǒng)與環(huán)境間無(wú)限接近熱平衡p = p(環(huán)) dp (非剛壁時(shí)) 系統(tǒng)與環(huán)境間無(wú)限接近力平衡 (其它強(qiáng)度性質(zhì)視過程類型(lixng)而定)可逆過程的特性: 過程無(wú)限慢, 時(shí)間無(wú)限長(zhǎng); 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功最大, 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功最小; 正向逆向功相抵(熱亦然), 系統(tǒng)環(huán)境

3、都復(fù)原. 第3頁(yè)/共13頁(yè)第四頁(yè)，共13頁(yè)。可逆過程是理想化的, 其意義在熱力學(xué)第二定律中十分突出; 自然界中發(fā)生的實(shí)際過程都是不可逆過程. 發(fā)生不可逆過程后, 無(wú)法在使系統(tǒng)狀態(tài)復(fù)原時(shí), 也使環(huán)境的狀態(tài)復(fù)原. 此時(shí)環(huán)境狀態(tài)必然發(fā)生了對(duì)應(yīng)(duyng)于功轉(zhuǎn)化為熱的變化(混亂度增大了). 時(shí)間之矢不回返！可逆體積功: VppVpWVVVVddd)(2121 環(huán)環(huán)pppd)( 環(huán)環(huán)(“ +”壓縮, “”膨脹) 21dVVVpW用內(nèi)壓代替外壓求可逆體積(tj)功; p = f(V)關(guān)系視具體途徑而異.第4頁(yè)/共13頁(yè)第五頁(yè)，共13頁(yè)。a21dVVVp雖然 pdV 中僅包含狀態(tài)(zhungti)函數(shù)

4、p 和 V , 可逆體積功的大小仍與具體的可逆途徑有關(guān). 2pVV1V21b可逆途徑(tjng) a: p = f1(V)可逆途徑(tjng) b: p = f2(V) 對(duì)理想氣體(l xin q t), 恒溫, 可逆過程p = f(V) = nRT/VVVnRTVpWVVVVdd2121 12lnVVnRTW pVV1V212第5頁(yè)/共13頁(yè)第六頁(yè)，共13頁(yè)。VpVVp )()(12環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)恒外壓途徑恒容過程(guchng) V = 0自由膨脹(png zhng)過程 p(環(huán)) = 0凝聚系統(tǒng)(不含氣相) V 0VpVVp )(12恒壓過程 21dVVVp可逆過程 0 21d)(VVVpW環(huán)

5、環(huán)體積功的計(jì)算(j sun)式小結(jié):例2第6頁(yè)/共13頁(yè)第七頁(yè)，共13頁(yè)。體積功為零的幾種(j zhn)過程: 恒容過程剛性容的化學(xué)反應(yīng)自由膨脹過程氣體向真空膨脹凝聚系統(tǒng)相變過程 體積變化忽略不計(jì)例3 例4 例5 例6 例7 例10 例11 第7頁(yè)/共13頁(yè)第八頁(yè)，共13頁(yè)。可逆過程的 p = f(V)關(guān)系稱為可逆過程方程, 隨具體途徑而異; 對(duì)理想氣體可逆恒溫(hngwn)過程 p = nRT/V.2 理想氣體(l xin q t)絕熱可逆過程方程 21drVVVpW可逆膨脹或壓縮過程(guchng)是在系統(tǒng)內(nèi)外壓力相差無(wú)限小的條件下進(jìn)行的, 可用內(nèi)壓代替外壓求可逆體積功. 第8頁(yè)/共13頁(yè)

6、第九頁(yè)，共13頁(yè)。101. 理想氣體(l xin q t)可逆絕熱過程方程dQ = 0, dUdW, 理想氣體 dU = nCV, mdT 過程可逆 dWpdV nCV, mdT pdV VVnRTTnCmVdd, dlnT = (1) dlnVVVCRTTmVdd, 第9頁(yè)/共13頁(yè)第十頁(yè)，共13頁(yè)。TV1 = 常數(shù)(chngsh)利用(lyng)理想氣體狀態(tài)方程, 又可得常常數(shù)數(shù) pV以上三式應(yīng)用條件: 封閉系統(tǒng), W 0, 理想氣體(l xin q t), 絕熱, 可逆過程. 常見錯(cuò)誤: 將上式用于絕熱非可逆過程!稱作理想氣體的絕熱指數(shù) VpCC / /def 式中式中l(wèi)n(T/T1)

7、= ln(V/V1) 1 T/T1 = (V/V1)1 又 Cp, mCV, mRVVVVCCCTTmVmVmpd)1(dd, 常常數(shù)數(shù) / )1(Tp第10頁(yè)/共13頁(yè)第十一頁(yè)，共13頁(yè)。 111211 11 11 ar,111dd)/(d212121 VVVpVVVpVVVpVpWVVVVVV 1112111ar, VVVpW 1112111ar, ppVpW或2. 可逆絕熱功的計(jì)算(j sun)不論可逆與否, 絕熱過程的功總可以用 W = U 來(lái)進(jìn)行計(jì)算 , 這種方法(fngf)往往較容易. 第11頁(yè)/共13頁(yè)第十二頁(yè)，共13頁(yè)。理想氣體(l xin q t)的絕熱可逆線與恒溫可逆線的比較: 絕熱可逆 p - V線斜率 p = C / V (p/ V)S = C / V 1 = p /V 恒溫可逆 p - V線斜率 p = C / V (p/ V)T = C / V 2 = p / V因 1, |(p/ V)S | | (p/ V)T |即體積膨脹時(shí)絕熱線的壓力下降(xijing)更快,這是因?yàn)榻^熱時(shí)系統(tǒng)不能從環(huán)境獲取熱量(rling), 消耗內(nèi)能作功而導(dǎo)致溫度下降.第12頁(yè)/共13頁(yè)第十三頁(yè)，共13頁(yè)。