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? 焓也是广度性子

发布日期: 2019-09-18     浏览历史次数:

  Cp,m 晶Ⅰ 晶Ⅱ T转晶 T熔 液体 气体 T沸 T 第五节 恒容热、恒压热及焓 一、恒容热QV 恒容热QV :正在不做非体积功的前提下,等容 下取互换的热效应。 dU ? ?Q ? ?W ?W ? ? pe dV ? ?W ?W ? 0 dU ? ?Qv , , ?U ? Qv 二、恒压热Qp和焓 ? 恒压热是系统正在恒压、无正在不做非体积功的 前提下,取互换的热效应。 dU ? ?Q p ? pe dV ? ?W , ?Q p ? dU ? pdV 第五节 焓 对于某封锁系统正在非体积功为零的前提下热力学 第必然律可写成: dU ? ?Q ? pe dV 第五节 正在非体积功为零且恒压(p1=p2=pe)下,热力学第一 定律式可写成: ?U ? U 2 ? U1 ? Q p ? pe (V2 ? V1 ) U 2 ? U1 ? Q p ? p2V2 ? p1V1 Q p ? (U 2 ? p2V2 ) ? (U1 ? p1V1 ) 因为U、p、V 均是形态函数,因而(U+pV)也是形态 函数,正在热力学上定义为焓(enthalpy),用H 暗示, 即 H = U + pV 第五节 所以 ?H ? Q p (W =0,恒压) , 式中Qp为恒压过程的热效应。由于焓是形态函数,只 取决于系统的一直态,所以Qp也只取决于系统的一直 态。 ? 焓是形态函数 定义式中焓由形态函数构成。 ? 不克不及确定焓的绝对值,但可求变化值。 ? 焓也是广度性质,并具能量的量纲。 Cp,m 晶Ⅰ 晶Ⅱ T转晶 T熔 液体 气体 T沸 T 三、抱负气体的内能和焓 一、抱负气体的内能和焓 焦耳于1843年做了如下尝试:将两个容量相等且 两头以旋塞相连的容器,置于有绝热壁的水浴中。如 图所示。此中一个容器充有气体,另一个容器抽成实 空。待达热均衡后,打开旋塞,气体向实空膨缩,最 后达到均衡。 一、抱负气体的内能和焓 焦耳尝试:抱负气体向实空膨缩 成果:温度不变 ?U = Q – W=0 – 0=0 U= f (T,V) T不变 ? ?U ? ? ?U ? dU ? ? dT ? ? ? ? dV ? ?T ?V ? ?V ?T =0 =0 ?0 实空 ? ?U ? ? ?U ? ? ? ? 0 同理 ? ? ?p ? ? ?0 ? ?T ? ?V ?T 结论:抱负气体的热力学能 U只随T而变。 注释:抱负气体之间无感化力,无间位能,体积 改变不影响热力学能。 一、抱负气体的内能和焓 对抱负气体的焓: H ? U ? pV ? f (T ) ? nRT ? f ?(T ) 即抱负气体的焓也仅是温度的函数,取体积或压力 无关: ? ?H ? ? ? ?0 ? ?V ?T ? ?H ? ? ? ?p ? ? ?0 ? ?T 从焦耳尝试获得:“抱负气体的热力学能和焓仅 是温度的函数” 二、抱负气体的Cp及Cv之差 对于没有相变化和化学变化且只做体积功的封锁 CV 之差为: 系统,其 Cp 取 ? ?H ? ? ?U ? C p ? CV ? ? ? ?? ? ? ?T ? p ? ?T ?V 将H=U+pV 代入上式拾掇可得: ?? ?U ? ? ? ?V ? C p ? CV ? ?? ? ? p? ? ? ?? ?V ?T ? ? ?T ? p 二、抱负气体的Cp及Cv之差 ? V ? ? 对于固体或液体系统,因其体积随温度变化很小, ? ? ? ?T ? p 近似为零,故 C p ? CV 。 对于抱负气体,由于: ?V ? nR ? ?U ? ? ? ? ?0 ? ? ? ? ?V ?T p ? ?T ? p C p ? CV ? nR C p, m ? CV , m ? R 即抱负气体的Cp.m取 CV.m均相差一摩尔气体R 值。 二、抱负气体的Cp及Cv之差 按照统计热力学能够证明正在常温下,对于抱负气体: 类型 单原子 双原子 多原子(非线R 可见正在常温下抱负气体的和均为。 三、抱负气体的绝热过程 1.抱负气体绝热可逆过程方程式 正在绝热过程中,按照热力学第必然律可得: dU ? ? ?W ,由于 dU ? CV dT 所以 ?W ? ?dU ? ? CV dT 这时,若系统对外做功,内能下降,系统温度 必然降低,反之,则系统温度升高。因而绝热压缩, 使系统温度升高,而绝热膨缩,可获得低温。 三、抱负气体的绝热过程 抱负气体绝热可逆过程,若非体积功零,则 nRT ?W ? pe dV ? pdV ? dV V 由于 所以 ?W ? ?dU ? ? CV dT nRT dV ? ?CV dT ,或 V dV dT nR ? ?CV V T 积分: ?V V2 1 nRdV ? V ?T T2 1 dT ? CV T 三、抱负气体的绝热过程 由于抱负气体 C p ? CV ? nR,代入上式得: V2 T1 ?C p ? CV ? ln ? CV ln V1 T2 两边同除以CV,并令 上式写成: C p / CV ? C p ,m / CV ,m ? γ V2 T1 ?? ? 1? ln ? ln V1 T2 即得: TV T1V1? ?1 ? T2V2? ?1 ? ?1 ?K ( 1) 三、抱负气体的绝热过程 K为。若将T = pV/nR 代入上式得: pV ? K ? ? 1?? ? ( 2) K ’为另一。若将V =nRT/p 代入式(1)得: T p ? K ?? ( 3) 式(1)、(2)、(3)均为抱负气体正在W’=0前提下的绝热可逆 过程中的过程方程式。 三、抱负气体的绝热过程 2.绝热过程的功 由于Q=0, 所以 ?W ? ?dU ? ? CV dT W ? ? ?W ? ?T ? CV dT 1 积分: T2 若温度范畴不太大,CV可视为,则 W=- CV (T2-T1)=CV (T1-T2) (1) 对抱负气体,Cp-CV= nR,则 nR C p ? CV ? ? ? ?1 CV CV 代入(1): nR CV ? γ ?I 三、抱负气体的绝热过程 nR( T1 ? T2 ) p1V1 ? p2V2 W? ? ? ?1 ? ?1 ( 2) 式(1)和(2)均可用来计较抱负气体的绝热功。 公式(1)、(2)合用于定构成封锁系统抱负气体的 一般绝热过程,不必然是可逆过程。 三、抱负气体的绝热过程 3.绝热可逆取定温可逆过程的比力 从两种可逆膨缩曲面正在pV面上的投影图看出: 同样从A点出发,达到不异的 p A 等温线 终态体积,等温可逆过程所做的 功大于绝热可逆过程所做的功。 p ? ?p ? AB线斜率: ? ? ?? V ? ?V ?T p ? ?p ? ? ? ?? AC线斜率: ? V ? ?V ? S 绝热线 W等温 W绝热 V B C ?1 由于绝热过程靠耗损热力学能做功,要达 到不异终态体积,温度和压力必定比B点低。 四、热力学第必然律使用于现实气体 1.节省膨缩 1853年焦耳和汤姆逊设想了节省膨缩尝试。拆 置如下图: 演示 T1 P1 P2 p1 p1 V1 T2 多孔塞 p2 p2 V2 四、热力学第必然律使用于现实气体 这种维持必然的压力差的绝热膨缩称为节省膨缩。 当节省膨缩颠末必然时间达到不变形态后,左、 左侧 气体的温度不变不变,实测值别离为T1取T2,且T1≠T2。 四、热力学第必然律使用于现实气体 2.节省膨缩是恒焓过程 因为是绝热过程,据热力学第必然律得:ΔU = W 对系统做功: W1= p1ΔV = -p1(0-V1)= p1 V1 系统对做功:W2= p2ΔV =-p2(V2-0)=-p2V2 整个过程系统对所做的功为: W=p1V1-p2V2 因而 ΔU=U2-U1=W=p1V1-p2V2 移项得: 即 U2+p2V2=U1+p1V1 H2=H1 ΔH=0 可见,气体的节省膨缩是一恒焓过程 四、热力学第必然律使用于现实气体 3.焦耳-汤姆逊系数 节省膨缩过程为恒焓过程,对抱负气体来说, 焓仅为温度的函数,焓不变,则抱负气体通过节省 膨缩,其温度连结不变。 而对现实气体而言,通过节省膨缩,焓值不变, 温度却发生了变化,这申明现实气体的焓不只取决 于温度,并且取气体的压力相关。 四、热力学第必然律使用于现实气体 假设节省膨缩正在dp的压差下进行,温度的改变为 dT,定义: ? J -T ? ?T ? ?? ? ?p ? ? ? ?H 下标H 暗示该过程是恒焓过程。?J-T 称为焦耳汤姆逊系数,它暗示经节省膨缩气体的温度随压力 的变化率。 ?J-T 的大小,既取决于气体的品种,又取气体所 处的温度、压力相关。 四、热力学第必然律使用于现实气体 ? J -T ? ?T ? ?? ? ?p ? ? ? ?H ?J-T是系统的强度性质。由于节省过程的dp ? 0 , 所以当: ? J-T 0 ? J-T 0 ? J-T =0 经节省膨缩后,气体温度降低。 经节省膨缩后,气体温度升高。 经节省膨缩后,气体温度不变。 四、热力学第必然律使用于现实气体 正在常温下,一般气体的 ?J-T 均为正值。例如,空 气的 ?J-T ? 0.4 K /101.325 kPa ,即压力下降 101.325 kPa , 气体温度下降 0.4 K 。 但 H 2和 He 等气体正在常温下, ?J-T ? 0,经节省过程, 温度反而升高。若降低温度,可使它们的 。 ?J-T ? 0 正在这个尝试中,使人们对现实气体的U和H的性质 有所领会,而且正在获得低暖和气体液化工业中有主要 使用。 Cp,m 晶Ⅰ 晶Ⅱ T转晶 T熔 液体 气体 T沸 T 单击网页左上角“撤退退却”退出本节

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