第一定律：对理想气体的应用.ppt

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1、第二章热力学第一定律及其应用(Chapter2TheFirstLawofThermodynamicsandIt’sApplications)第一讲热力学概论一、热力学方法的特点和局限性二、热力学的几个基本概念三、热力学热力学第一定律的表述第二讲可逆过程与热容第三讲第一定律对(理想)气体的应用一、体积功与可逆过程二、焓与热容一、理想气体的内能和焓二、理想气体的Cp与Cv之差三、理想气体的绝热过程四、实际气体的节流膨胀第四讲第一定律对化学的具体应用------热化学一、热化学的基本概念二、化学反应热效应的计算三、反应焓变与温度的关系（8-10学时）9

2、/8/20211第三讲第一定律对(理想)气体的应用一、理想气体的内能和焓二、理想气体的Cp与Cv之差三、理想气体的绝热过程四、实际气体的节流膨胀§2.8§2.10§2.9第三章9/8/20212一、理想气体的内能和焓§2.8p80-82盖吕萨克1807年，焦耳在1843年分别做了如下实验：将两个容量相等的容器，放在水浴中，左球充满气体，右球为真空。打开活塞，气体由左球冲入右球，达平衡。1.1、实验说明：1.2、实验的结果：低压气体向真空膨胀低压气体向真空膨胀低压气体体系取两个球的体积总和,所以体系没有对外做功，即W=0；环境体系体系(2)水浴温

3、度在膨胀过程没有变化△T=0，即Q=0；(3)根据热力学第一定律得该膨胀过程的△U=0。V气体1V气体2V气体p气体1.3、实验的结论:9/8/20213理想气体的内能和焓1.3、实验的结论:水浴温度没有变化(等温)体系没有对外做功实验结果的数学表达：p81_12.17定义式：体系对环境不做功!p81_12.19∴理想气体的内能和焓仅是温度的函数。即在等温时，改变体系的体积或压力，理想气体的内能和焓保持不变。结论还可以推广为理想气体的CV,m,Cp,m也仅为温度的函数。9/8/20214跟据焓的定义式：对等式两边分别微分：p79_2.14bp79

4、_2.15b∴p83_2.23ap83_2.23b二、理想气体的Cp与Cv之差p82-83问题：导出过程中，等式两边分别应用了等压条件和等容条件，合理吗？如何理解？严格推导：9/8/20215理想气体的内能和焓(1)封闭系统，不作体积功的等温过程!(2)封闭系统，只作体积功的过程!结论：理想气体(低压)向真空膨胀的实验结果。p80-82p82-83推论：理想气体(低压)的热容的补充。等压等容封闭系统,当不作非体积功时,系统在等压过程中所吸收的热，除一部分用于增加系统的内能外，一部分用来对环境做膨胀功。规纳：9/8/20216证明:p82(2.20

5、)p82(2.21)p455(5)p82(2.22)9/8/20217p82(2.22)对理想气体:盖吕萨克—焦耳实验结果理想气体状态方程所以:9/8/20218证明:根据复合函数的偏微商公式:p455设：式(3)代入式(2)得：(2)(3)证明思路：9/8/20219重排，将项分开，得复合函数设：设：9/8/202110对照dU的两种表达式，得:p455（5）9/8/202111三、理想气体的绝热过程(Anadiabaticexpansionofaperfectgas)p83-873.3理气等温可逆过程与绝热可逆过程的比较3.1理气的绝热过程

6、方程式3.2理气的绝热过程的体积功3.4典型例题9/8/2021123.1、理气的绝热过程方程式(1)理想气体的绝热过程p83-87在绝热过程中，体系与环境间无热的交换，但可以有功的交换------绝热可逆或绝热不可逆过程。根据热力学第一定律(只作体积功的封闭系统):体系对环境作负功环境对体系作正功若体系对环境作膨胀功，降低体系热力学能，体系温度必然降低;(因此，绝热膨胀过程，可获得低温。)若环境对体系作压缩功，增加体系热力学能，体系温度必然提高;(因此，绝热压缩过程，体系温度升高。)9/8/202113理气的绝热过程方程式(2)理想气体的绝热过

7、程方程式理想气体在绝热可逆过程中，p,V,T三者遵循的关系式称为理想气体的绝热过程方程式:p84_2.27式中称为物质的绝热指数p84_2.26p84_2.28理想气体在等温(可逆,非可逆)过程中，p,V,T三者遵循的关系式称为理想气体的状态方程式:9/8/202114理气的绝热过程方程式推导2推导1注意:a、这三个式子称为绝热可逆方程，只能用于理想气体绝热可逆过程，理想气体绝热不可逆过程不能用。b、它是一个过程方程式，不是状态方程式。它反映了理想气体在绝热可逆过程中，p,V,T之间的变化关系。c、在推导这公式的过程中，引进了理想气体、绝热可逆过

8、程和CV是与温度无关的常数等限制条件。9/8/202115推导1:p84_2.26定量，单组成，只作体积功的均相封闭体系，绝热过程：绝热