大学物理化学经典课件1-5-热力学第一定律.ppt

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1、物理化学BI—第一章DU=Q+W2021/7/241.7热力学第一定律对理想气体的应用1.7.1自由膨胀1.7.2等温过程1.7.3等容过程1.7.4等压过程1.7.5绝热过程2021/7/241.7.1Gay-Lussac-Joule实验在一个絶热容器中放上水和一个连通器，连通器的左球充满气体，右球抽真空。盖吕萨克1807年，焦耳在1843年分别做了如下实验：打开活塞，气体由左球冲入右球，达平衡。实验发现膨胀后水浴温度没有变化，即Q=0；气体向真空膨胀，体系没有对外做功，W=0；2021/7/24Gay-Lus

2、sac-Joule实验以上实验表明，气体向真空膨胀时，热力学能不随体积的变化而变化，即温度不变热力学能也不变。焦耳发现实际气体向真空膨胀时水浴温度有微小变化，气体的起始压力越低，dT越小，起始压力越低，实际气体的行为越接近理想气体，所以得出推论：理想气体的热力学能只是温度的函数，与体积、压力无关。2021/7/24理想气体的热力学能和焓从盖吕萨克—焦耳实验得到理想气体的热力学能仅是温度的函数，用数学公式表示为：因为H=U+pV=U(T)+pV=U(T)+nRT，所以推出H=f(T)。即：理想气体的焓也只是温度的函

3、数。2021/7/24Joule定律学完第二定律后可严格证明。注意：上述结论只适用于一定量的理想气体单纯p，V，T变化！！在恒温时，改变体积或压力，理想气体的热力学能和焓保持不变。2021/7/24Question在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。2021/7/24理想气体自由膨胀Q=0，W=0，ΔU=0，ΔH=0。2021/7/241.7.2等温过程2021/7/241.7.3等容过程2021/7/241.7.4等压过程2021/7/24例题例1.某理想气体，其

4、CV,m=20J·K1·mol1，现有该气体10mol处于283K，采取下列不同途径升温至566K。试计算各个过程的Q，W，U，H，并比较之。(1)体积保持不变；(2)压力保持不变。2021/7/24例题(1)dV=0，W=0。QV=U=nCV,m(T2－T1)=10mol×20J·K1·mol1×（566－283）K=56.6kJH=nCp,m(T2－T1)=10mol×(20＋8.314)J·K1·mol1×（566－283）K=80.129kJ2021/7/24例题(2)dp=0，U2=

5、U1=56.6kJQp=H=80.129kJW=U2–Qp=-23.529kJ2021/7/24总结例题计算说明:热力学能U和焓H是状态函数，只要系统变化前后的始、终态一定，则不论经历何种过程，其U和H一定。本题中虽然始终态不明确，但理想气体的U和H都只是温度的函数，即对理想气体只要始终态温度一定，则不同过程的U和H相同。而W和Q不是状态函数，其值与过程有关，所以上述二个不同过程的W和Q分别不同。2021/7/24练习473Ｋ,0.2MPa,1dm３的双原子分子理想气体,连续经过下列变化:(Ⅰ)定温可

6、逆膨胀到3dm３;(Ⅱ)再定容升温使压力升到0.2MPa;(Ⅲ)保持0.2MPa降温到初始温度473Ｋ。试计算各步及整个循环过程的W,Q,ΔU及ΔH。2021/7/24练习双原子分子473K0.2MPa1dm3双原子分子473K？3dm3恒温双原子分子？0.2MPa3dm3双原子分子473K0.2MPa？定压定容？2021/7/24总结因为理想气体的热力学能及焓只是温度的函数，所以上面二式对理想气体的单纯p，V，T变化(包括等压、等容、等温、绝热等)均适用。2021/7/241.7.5绝热过程（addiabatic

7、process)（1）从先求ΔU入手：2021/7/24绝热过程（addiabaticprocess)（2）从先求W入手：2021/7/24绝热可逆过程方程式绝热过程可有两种形式：可逆与不可逆理想气体在绝热可逆过程中，三者遵循的关系式称为绝热可逆过程方程式，可表示为：式中，均为常数，。应用条件：封闭系统，W′＝0，理想气体，绝热，可逆过程。(ratiooftheheatcapacities)2021/7/24绝热可逆方程的推导δWR=-P外dV=-P体dV=2021/7/24绝热可逆方程的推导2021/7/24例：

8、（1）绝热可逆过程；（2）反抗恒外压pθ的绝热不可逆过程。解：2021/7/24（1）绝热可逆过程可由下面过程方程求得末态温度：2021/7/24（2）反抗恒外压pθ的绝热过程二式联立可得末态温度T2=202.8K。2021/7/24QuestionW=?，Q=?，ΔU=?，ΔH=?理想气体向真空绝热膨胀W=0Q=0ΔU=0ΔH=0？？？2021/7/24