物理化學(xué)2-10氣體可逆膨脹壓縮過程,理想氣體絕熱可逆過程方程試課件.ppt

1 2- 10 氣 體 可 逆 膨 脹 壓 縮 過 程 ， 理 想 氣 體 絕 熱 可 逆 過 程 方 程1、 氣 體 可 逆 膨 脹 壓 縮 過 程 下 面 以 理 想 氣 體 的 分 步 恒 溫 膨 脹 （ 壓 縮 ） 過 程來 計 論 過 程 功 有 何 不 同 。積 分 得 體 積 功 的 一 般 計 算 式 : 氣體恒溫膨脹過程的不同途徑的體積功 a: 返 回 下 下 張 幻 燈 片 例 1 請 同 學(xué) 們 自 己 分 析 : 按 3 種 途 徑 進行 對 應(yīng) 的 一 步 壓 縮 , 三 步 壓 縮 和 無 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 小 ？ 該 壓 縮 功 與 最 大 膨 脹功 有 何 關(guān) 系 ？結(jié) 論 一 : 當 始 , 終 態(tài) 確 定 的 條 件下 , 功 與 途 徑 有 關(guān) . 其 中 無 限 多 步膨 脹 途 徑 , 系 統(tǒng) 對 環(huán) 境 作 最 大 功 ！功 是 途 徑 函 數(shù) ！結(jié) 論 二 :當 始 , 終 態(tài) 確 定 的 條 件 下 , 逆 向 的 無 限 多 步 壓 縮 途 徑 , 環(huán) 境 對系 統(tǒng) 作 最 小 功 ! 并 且 與 膨 脹 時 的 最大 功 相 等 ! 3. 可 逆 體 積 功可 逆 過 程 的 定 義 : 在 一 系 列 無 限 接 近 平 衡 條 件 下 進 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 度 性 質(zhì) 只 能 相 差 無 限小 , 且 無 摩 擦 力 . T = T(環(huán) ) dT (非 絕 熱 時 ) 系 統(tǒng) 與 環(huán) 境 間 無 限 接 近 熱 平 衡p = p(環(huán) ) dp (非 剛 壁 時 ) 系 統(tǒng) 與 環(huán) 境 間 無 限 接 近 力 平 衡 (其 它 強 度 性 質(zhì) 視 過 程 類 型 而 定 )可 逆 過 程 的 特 性 : 過 程 無 限 慢 , 時 間 無 限 長 ; 系 統(tǒng) 對 環(huán) 境 作 功 最 大 , 環(huán) 境 對 系 統(tǒng) 作 功 最 小 ; 正 向 逆 向 功 相 抵 (熱 亦 然 ), 系 統(tǒng) 環(huán) 境 都 復(fù) 原 . 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 際 過 程 都 是 不 可 逆 過 程 . 發(fā) 生 不 可 逆 過 程 后 , 無 法 在 使 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 復(fù) 原 時 , 也 使環(huán) 境 的 狀 態(tài) 復(fù) 原 . 此 時 環(huán) 境 狀 態(tài) 必 然 發(fā) 生 了 對 應(yīng) 于 功轉(zhuǎn) 化 為 熱 的 變 化 (混 亂 度 增 大 了 ). 時 間 之 矢 不 回 返 ！可 逆 體 積 功 : VppVpW VV VV ddd)(21 21 環(huán) ppp d)( 環(huán) (“ +”壓 縮 , “ ” 膨 脹 )用 內(nèi) 壓 代 替 外 壓 求 可 逆 體 積 功 ; p = f(V)關(guān) 系 視 具 體 途 徑 而異 . a 21 dVV Vp雖 然 pdV 中 僅 包 含 狀 態(tài) 函數(shù) p 和 V , 可 逆 體 積 功 的 大小 仍 與 具 體 的 可 逆 途 徑 有 關(guān) . 2p VV1 V21 b可 逆 途 徑 a: p = f1(V)可 逆 途 徑 b: p = f2(V) 對 理 想 氣 體 , 恒 溫 , 可 逆 過 程p = f(V) = nRT/V VVnRTVpW VV VV dd21 21 p VV1 V21 2 VpVVp )()( 12 環(huán)環(huán) 恒 外 壓 途 徑恒 容 過 程 V = 0自 由 膨 脹 過 程 p(環(huán) ) = 0凝 聚 系 統(tǒng) (不 含 氣 相 ) V 0VpVVp )( 12 恒 壓 過 程 21 dVV Vp 可 逆 過 程 0 體 積 功 的 計 算 式 小 結(jié) :例 2 體 積 功 為 零 的 幾 種 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 例 3 例 4 例 5 例 6 例 7 例 10 例 11 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 理 想 氣 體 可 逆 恒 溫 過 程 p = nRT/V.2 理 想 氣 體 絕 熱 可 逆 過 程 方 程可 逆 膨 脹 或 壓 縮 過 程 是 在 系 統(tǒng) 內(nèi) 外 壓 力 相 差無 限 小 的 條 件 下 進 行 的 , 可 用 內(nèi) 壓 代 替 外 壓 求 可逆 體 積 功 . 10 1. 理 想 氣 體 可 逆 絕 熱 過 程 方 程dQ = 0, dU dW, 理 想 氣 體 dU = nCV, mdT 過 程 可 逆 dW pdV nCV, mdT pdV VVnRTTnC mV dd, dlnT = (1 ) dlnVVVCRTT mV dd , TV 1 = 常 數(shù)利 用 理 想 氣 體 狀 態(tài) 方程 , 又 可 得以 上 三 式 應(yīng) 用 條 件 : 封 閉 系 統(tǒng) , W 0, 理 想 氣 體 , 絕 熱 , 可 逆 過 程 . 常 見 錯 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) Vp CC /def 式 中l(wèi)n(T/T1) = ln(V/V1) 1 T/T1 = (V/V1)1 又 Cp, m CV, m R VVVVC CCTT mV mVmp d)1(dd , , 111211 11 11 ar, 111 d d)/(d 21 2121 VVVp VVVp VVVpVpW VV VVVV 11 12111ar, VVVpW 11 12111ar, ppVpW或2. 可 逆 絕 熱 功 的 計 算不 論 可 逆 與 否 , 絕 熱 過 程 的 功 總 可 以 用 W = U 來進 行 計 算 , 這 種 方 法 往 往 較 容 易 . 理 想 氣 體 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 絕 熱 線 的 壓 力 下降 更 快 ,這 是 因 為 絕 熱 時 系 統(tǒng) 不能 從 環(huán) 境 獲 取 熱 量 , 消 耗 內(nèi) 能 作 功 而 導(dǎo) 致 溫 度 下 降 .