理想气体的热力学过程ppt课件.ppt

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1、2021/7/30物理化学II1物理化学理想气体的热力学过程2021/7/30物理化学II2焓和热容前课回顾等压热容与等容热容的关系3焦耳实验(1843)－－－－－理想气体内能与何有关？装置（稀薄气体）现象：打开活塞，T=0分析：Q=0,W=0(向真空膨胀)U=0低压气体真空低压气体低压气体§3理想气体的热力学过程物理化学II4焦耳实验数学推导：焦耳实验缺欠：不精确，实际上只有理想气体符合物理化学II5焦耳实验推论一：对理想气体，理想气体内能和焓都仅仅是温度的单变量函数物理化学II6焦耳实验推论二：理想气体恒温可逆膨胀，U=Q

2、+W=0焦耳实验推论三：理想气体，物理化学II因(U/V)T=0，1mol理想气体7焦耳实验推论四：理想气体任意过程（无化学变化，仅体积功）理想气体理想气体物理化学II2021/7/30物理化学II8焦耳实验的统计热力学解释虽然，体系发生了变化理想气体向真空膨胀，体积变大，能级变小，变小变大，体系失去功，得到热。平动能2021/7/309含义：δQ＝0,体系发生变化时与环境无热量交换绝热膨胀：V升,作功,内能降,T降；反之，温度升特点：dU=δW可逆绝热过程不可逆绝热过程：理想气体（二）绝热过程物理化学II10理想气体绝热过程功

3、及内能变化物理化学II11理想气体绝热过程焓变物理化学II12理想气体几种典型绝热过程1）绝热自由膨胀(p外＝0,Q=0)W=0,U=0,T=0,H=0＝等温向真空膨胀2）绝热可逆膨胀可逆:W＝−pdV,绝热:dU=W理想气体：dU=CvdTCvdT=−pdV=−(nRT/V)dV物理化学II13物理化学IICV为常数时，积分得：或写成：令：或14进一步：代入pV=nRTpV=K’’,p(1－)T=K’’’三个理想气体绝热可逆过程方程式TV(－1)=K’pV=K’’p(1－)T=K’’’绝热可逆过程理想气体做功

4、：物理化学II153）理想气体绝热不可逆过程（例：恒外压）CvT=U=W不可逆=−p外V如何求出绝热实际膨胀过程的终态温度？W不可逆=−p外(V2−V1)=−p外(nRT2/p2−nRT1/p1)=Cv(T2−T1)（需已知变量：p外、p1、T1、p2与n）物理化学II16－－理想气体的几种可逆过程物理化学II17绝热可逆过程的膨胀功理想气体等温可逆膨胀所作的功显然会大于绝热可逆膨胀所作的功，这在P-V-T三维图上看得更清楚。在P-V-T三维图上，黄色的是等压面；兰色的是等温面；红色的是等容面体系从A点等温可逆膨胀到B点，AB线

5、下的面积就是等温可逆膨胀所作的功。物理化学II18从两种可逆膨胀曲面在PV面上的投影图看出：两种功的投影图AB线斜率：AC线斜率：同样从A点出发，达到相同的终态体积，等温可逆过程所作的功（AB线下面积）大于绝热可逆过程所作的功（AC线下面积）。因为绝热过程靠消耗热力学能作功，要达到相同终态体积，温度和压力必定比B点低。物理化学II19物理化学II物理化学II本小节课后习题11-12，15，17，2021热机19世纪，热力学发展紧紧与蒸汽机工业与设计问题联系在一起LlogdHenderson“科学受益于蒸汽机比蒸汽机受益于科学要多”Ja

6、meWatt于1769年提出通过回收工作物质以改进热机效率高温热源T1热机低温热源T2Q1Q2W理想气体的卡诺循环物理化学II2021/7/30物理化学II22SadiCarnot1796-1832热机的两个问题：（1）热机效率是否有一极限（2）什么样的热机工作物质是最理想的1824年卡诺《关于火的动力及产生这种动力的机器》1834年克拉珀龙《论热的动力》1848年开尔文《建立在卡诺热动力理论基础上的绝对温标》1878年小部分未烧毁的手稿发表23卡诺热机：1824年理想的假想热机工作物质：理想气体理想情况：高温热源T1卡诺热机低温热源

7、T2Q1Q2W物理化学II24工作物质：理想气体工作方式：等温可逆膨胀（1）绝热可逆膨胀（2）等温可逆压缩（3）绝热可逆压缩（4）从高温能源获取能量，作功，残能排入低温能源1234物理化学II25卡诺循环（Carnotcycle）1mol理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：过程1：等温可逆膨胀由到所作功如AB曲线下面积的负值:物理化学II26卡诺循环（Carnotcycle）过程2：绝热可逆膨胀由到所作功如BC曲线下面积的负值:物理化学II27卡诺循环（Carnotcycle）过程3：等温(TC)可逆压缩由到环境对体系所作功如C

8、D曲线下的面积所示:物理化学II28卡诺循环（Carnotcycle）环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示:过程4：绝热可逆压缩由到物理化学II29整个循环：是体系所吸的热，为正值，是体系放出的热，为负值。即ABCD