热力学第一定律应用.pptx

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1、一、理想气体的内能和焓U=Q+W=0+0=0结果：温度不变 U=U(T,V)同理=0=0 0焦耳实验：理想气体向真空膨胀 结论：理想气体的内能 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，体积改变不影响内能。T不变真空第1页/共22页一、理想气体的内能和焓推论：理想气体的焓只是温度的函数 H=U+pVH=U+(pV)H=0H=H(T,p)=0=0(等温)=0=0 0即：理想气体的焓 H 只随 T而变。同理第2页/共22页二、理想气体 Cp 和 CV 的关系CpCVH=U+pVU=U(T,V)CpCV=0第3页/共22页二、理想气体 Cp 和 CV 的关系=nR Cp,mCV,m

2、=RCpCV(1)一般查表可得 Cp，m,如作理想气体处理，CV，m可由Cp，m计算(2)理想气体的CV，m可由统计热力学知识确定：单原子分子如He双原子分子如H2，O2，N2 非线性多原子分子CV，m=3R(3)实际气体Cp,m-CV,m R(4)凝聚系统Cp,m CV,m pV=nRT(理想气体)如H2O(g)第4页/共22页三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算1 恒温过程U=0 H=0 Q=-W按不同过程计算W 2 非恒温过程先求出终态温度 T2H=nCp，m(T2T1)U=nCV，m(T2T1)Q=U-W按不同过程计算W及Q 第5页/共22页三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算

3、例 计算1mol单原子理想气体以下过程的Q、W、U、H 解273 K200 kPa100 kPa(1)恒温可逆(3)恒温恒外压(2)向真空(4)恒容降温(1)恒温可逆U=H=0 Q=-W=1573 J(2)向真空U=H=0Q=-W=0第6页/共22页三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算解例 计算1mol单原子理想气体以下过程的Q、W、U、H 273 K200 kPa100 kPa(1)恒温可逆(3)恒温恒外压(2)向真空(4)恒容降温(3)恒温恒外压U=H=0 Q=-W=p外(V2V1)=1135 J 第7页/共22页三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算解例 计算1mol单原子理想气体

4、以下过程的Q、W、U、H 273 K200 kPa100 kPa(1)恒温可逆(3)恒温恒外压(2)向真空(4)恒容降温(4)恒容降温 终态温度 T2=136.5 KU=nCV，m(T2T1)=1702 JH=nCp，m(T2T1)=2837 JW=0QV=U=1702 J第8页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算绝热可逆膨胀：系统作最大功，T最多，绝热恒外压膨胀：系统做功最少，T最少。（最不可逆）绝热可逆压缩：环境作最小功，T 最少，绝热恒外压膨胀：环境做功最多，T 最多。（最不可逆）1绝热过程系统与环境的热交换 Q=0绝热过程必然有温度变化，如系统做功，必消耗内能，使T 如环境

5、做功，则使T U=W=n CV，m(T2 T1)H=n Cp，m(T2 T1)计算的关键是求终态温度T2，其值与过程的不可逆程度有关第9页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算2绝热可逆过程Q=0dU=WnCV，mdT=-p内dV可逆，W=0定义 积分ln T=(1)ln V+ln C（积分常数）ln TV-1=ln CTV-1=常数第10页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算ln TV 1=ln CTV -1=常数若代入：若代入：绝热可逆过程方程可求终态温度状态方程适用于一切过程过程方程只适用该过程，如等温过程方程 pV=常数第11页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W

6、,U,H计算3绝热恒外压过程（最不可逆）若系统恒外压一次膨胀U=Wp外=p2W =0nCV，m(T2-T1)=-p外（V2-V1）求解T2第12页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算4多方过程等温线绝热线多方过程pVpV=常数等温可逆pV n=常数多方可逆pV =常数绝热可逆1 n 比较：(1)斜率：等温 多方 多方 绝热(3)终态温度：等温 多方 绝热第13页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算例题 单原子理想气体273 K1000 kPa10 L100 kPa(1)绝热可逆(2)绝热恒外压求过程的Q、W、U、H解=4.403 mol单原子(1)绝热可逆=108.7

7、KTV -1=常数第14页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算=-15045 JQ=0U=n CV，m(T2-T1)=-9027 JW=-9027 JH=n Cp，m(T2-T1)(1)绝热可逆=108.7 K n=4.403 molC V,m=1.5 RT1=273 K第15页/共22页四、理想气体绝热过程Q,W,U,H计算(2)绝热恒外压CV，m(T2-T1)=T2=174.8 KQ=0U=n CV，m(T2-T1)=-5403 JW=-5403 JH=n Cp，m(T2-T1)=-9005 J第16页/共22页五、热力学第一定律对实际气体应用p2p1p2p1T1T21.焦耳汤

8、姆逊实验结果：T1 T2，大多气体，T 少数气体，TV1V2多孔塞p1 p2节流膨胀实验理想气体U、H只是T的函数，与p、V无关，因为分子间无作用力，无位能。实际气体分子间有作用力，p、V的变化影响U、H 恒定压力的气体，经多孔塞膨胀，使其为压力恒定的低压气体 第17页/共22页五、热力学第一定律对实际气体应用p2V1V2p1p1p2T1T22.节流膨胀是等焓过程设左室有V1的气体，节流膨胀后在右变为V2 Q=0，U=WU2-U1=-(p2V2-p1V1)系统做功环境做功U2+p2V2U1+p1V1即 H2=H1H=0节流膨胀是等焓过程这说明：T改变，H不变，那么若T不变，H会改变。因此 H

9、不只是 T 的函数，且与 p、V 有关。U也是。第18页/共22页五、热力学第一定律对实际气体应用3.焦耳汤姆逊系数定义为焦耳汤姆逊系数dp 0 时若 dT 0，为负值。p，T。（少数气体，如H2，He）(1)有实际意义的是 0的情况，可用于制冷、液化等。(2)的正负取决于物质的本性，也与其所处的T、p有关。如H2 在常温下，0。有一个使 =0的温度，称转换温度。第19页/共22页五、热力学第一定律对实际气体应用例 CO2 50 p298 Kp234 K节流膨胀(1)=?(2)若使 T下降到沸点194.5 K，p始=?解 (1)=0.013 K kPa-1(2)=0.013 p=80 p第20页/共22页焦耳 18181879制作：陈纪岳请转下一节返回返回第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页