中国药科大学物理化学热力学第一定律ppt课件.ppt

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1、第七节热力学第一定律的应用一、热力学第一定律应用于理想气体（一）理想气体的内能和焓Gay-Lussac-Joule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（如上图所示）。盖吕萨克在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（如下图所示）。水浴温度没有变化，即Q=0；由于体系自由膨胀，所以体系没有对外做功，W=0；根据热力学第一定律得该过程的U=0。理想气体的内能只是温度的函数，与体积或压力无关一定量的纯物质单相密闭系统，内能变化可表示为:焦耳实验，dU=0，故同时焦耳实验中dT=0，dV>0，所

2、以类似地，精确的实验证明，实际气体向真空膨胀时，dT0只有理想气体的内能才只是温度的函数，与体积或压力无关。实际气体:理想气体的焓亦只是温度的函数H=U+pV理想气体，(U/V)T=0,恒温时，pV=nRT=常数，[(pV)/V]T=0,因此:理想气体的内能和焓温度一定时,理想气体的内能、焓都是定值，即理想气体的内能和焓只与温度有关，与体积、压力无关。理想气体的定温过程(不管可逆与否)△U=0，△H=0又因△U=Q+W，故Q=-W理想气体的内能及焓均只是温度的函数。因此在无化学变化、无相变化、只做体积功的任意其它过程中都有:dU=CVdTΔU=CV

3、dT=CV(T2-T1)dH=CpdTΔH=CpdT=Cp(T2-T1)（二）理想气体的热容理想气体的内能及焓均只是温度的函数。因此在无化学变化、无相变化、只做体积功的任意其它过程中都有:dU=CVdTdH=CpdT根据焓的定义:H=U+pV，微分可得:dH=dU+d(pV)将pV=nRT代入dH=dU+d(pV)CpdT=CVdT+nRdT所以:Cp–CV=nR1molI.d.gas:Cp,m-Cv,m=R上二式即为理想气体定压热容与定容热容之间的关系。统计热力学证明，在通常温度下，理想气体：单原子分子系统:Cv,m=3/2R双原子分子系统:Cv,m=5/

4、2R多原子分子系统:Cv,m=3R理想气体的定压摩尔热容为:单原子分子系统:Cp,m=5/2R双原子分子系统:Cp,m=7/2R多原子分子系统:Cp,m=4R理想气体的Cv,m和Cp,m可视为常数例6、7（三）理想气体的绝热过程(adiabaticprocess)绝热过程:Q=0绝热过程可以可逆地进行，亦可不可逆地进行。定温过程与绝热过程的区别：定温过程:Q≠0;Tisconstant绝热过程:Q=0;TmustchangedU=δW=CvdT(理想气体)IfδW0(压缩)dU0TIfδW0(膨胀)dU0T1)绝热过程的功在绝热过程中，体系与环境间

5、无热的交换，只有功的交换。根据热力学第一定律：2）理想气体绝热可逆过程的过程方程式(无非体积功)理想气体绝热可逆过程的过程方程条件:1.绝热,否则dUδW2.无非体积功,否则dU=δW-p外dV3.适用于可逆过程,否则dU=-p外dV-pdV4.适用于idealgas,否则dU=-pdV-(nRT/V)dV式中，均为常数，。理想气体在非体积功为零的绝热可逆过程中的过程方程可表示为：pV=nRT等温过程:pV=constant绝热过程:pV=constant所有的过程方程都应首先符合理想气体状态方程。3）比较绝热可逆膨胀和等温可逆膨胀：等温线AB的斜率

6、为–P/V绝热线AC的斜率为–γP/V可以看出,（1）绝热可逆膨胀过程,体系消耗自身的内能对外做功,则体系的温度降低,同等温可逆膨胀过程相比,当终态体积相同时,体系的P必定更低。C点的温度、压力低于B点的温度、压力。pVA(p1,V1)B(p2,V2)C(p3,V3)等温线绝热线（2）理想气体等温可逆膨胀所作的功大于绝热可逆膨胀所作的功。体系从A点等温可逆膨胀到B点，AB线下的面积就是等温可逆膨胀所作的功。pVA(p1,V1)B(p2,V2)C(p3,V3)等温线绝热线如果同样从A点出发，作绝热可逆膨胀，使终态体积相同，则到达C点，AC线下的面积就是绝热可逆膨

7、胀所作的功。显然，AC线下的面积小于AB线下的面积。4）绝热不可逆过程如果理想气体发生的绝热过程是不可逆的话，那么pV=K不能成立,但δW=dU同样成立。如果绝热不可逆过程是恒外压膨胀或压缩时，W=-p2(V2-V1)，△U=-p2(V2-V1)Idealgas的Cv不随温度而变，△U=Ｃv(T2-T1)Cv(T2-T1)=-p2(V2-V1)例题(1)气体氦自0℃，5×105Pa，10dm3的始态下，经过一绝热可逆过程膨胀至105Pa,试计算:1.终态的温度。2.此过程的Q，W，△U，△H。(假设He为理想气体)(2)如为绝热不可逆膨胀过程,在恒定外压

8、为105Pa下快速膨胀到气体压力为10