【物理化学】2-10气体可逆膨胀压缩过程,理想气体绝热可逆过程方程试ppt课件

1、12- 10 气体可逆膨胀压缩过程，气体可逆膨胀压缩过程， 理想气体绝热可逆过程方程理想气体绝热可逆过程方程1、气体可逆膨胀压缩过程、气体可逆膨胀压缩过程 下面以理想气体的分步恒温膨胀（压缩）过程来计论过程功有何不同。下面以理想气体的分步恒温膨胀（压缩）过程来计论过程功有何不同。 21d)(VVVpW环环积分得积分得体积功的一般计算式体积功的一般计算式:2气体恒温膨胀过程的不同途径的体积功气体恒温膨胀过程的不同途径的体积功a: 返回下下张幻灯片例例13请同学们自己分析请同学们自己分析: 按按 3 种途径进行对应的一种途径进行对应的一步压缩步压缩, 三步压缩和无限多步压缩使系统状态复原三步压缩和

2、无限多步压缩使系统状态复原, 哪种途径消耗的压缩功最小？哪种途径消耗的压缩功最小？ 该压缩功与最大膨胀该压缩功与最大膨胀功有何关系？功有何关系？结论一结论一 : 当始当始, 终态确定的条件下终态确定的条件下, 功与途径有关功与途径有关. 其中无限多步膨胀途径其中无限多步膨胀途径, 系统对环境作最大功！功系统对环境作最大功！功是途径函数！是途径函数！结论二结论二 :当始当始, 终态确定的条件下终态确定的条件下, 逆向的无限多步压逆向的无限多步压缩途径缩途径, 环境对系统作最小功环境对系统作最小功! 并且与膨胀时的最大并且与膨胀时的最大功相等功相等!43. 可逆体积功可逆体积功可逆过程的定义可逆过

3、程的定义: 在一系列无限接近平衡条件下进行的过程在一系列无限接近平衡条件下进行的过程, 热力学中称为热力学中称为可逆过程可逆过程.可逆过程的条件可逆过程的条件: 系统内外的强度性质只能相差无限小系统内外的强度性质只能相差无限小, 且无摩擦力且无摩擦力. T = T(环环) dT (非绝热时非绝热时) 系统与环境间无限接近热平衡系统与环境间无限接近热平衡p = p(环环) dp (非刚壁时非刚壁时) 系统与环境间无限接近力平衡系统与环境间无限接近力平衡 (其它强度性质视过程类型而定其它强度性质视过程类型而定)可逆过程的特性可逆过程的特性: 过程无限慢过程无限慢, 时间无限长时间无限长; 系统对环

4、境作功最大系统对环境作功最大, 环境对系统作功最小环境对系统作功最小; 正向逆向功相抵正向逆向功相抵(热亦然热亦然), 系统环境都复原系统环境都复原. 5可逆过程是理想化的可逆过程是理想化的, 其意义在热力学第二定律中十分突出其意义在热力学第二定律中十分突出; 自然界中发生的实自然界中发生的实际过程都是际过程都是不可逆过程不可逆过程. 发生不可逆过程后发生不可逆过程后, 无法在使系统状态复原时无法在使系统状态复原时, 也使环境的状态复原也使环境的状态复原. 此时环境状此时环境状态必然发生了对应于功转化为热的变化态必然发生了对应于功转化为热的变化(混乱度增大了混乱度增大了). 时间之矢不回返！时

5、间之矢不回返！可逆体积功可逆体积功: VppVpWVVVVddd)(2121 环环pppd)( 环环(“ +”压缩压缩, “”膨胀膨胀) 21dVVVpW用内压代替外压求可逆体积功用内压代替外压求可逆体积功; p = f(V)关系视具体途径而异关系视具体途径而异.6a21dVVVp虽然虽然 pdV 中仅包含状态函数中仅包含状态函数 p 和和 V , 可可逆体积功的大小仍与具体的可逆途径有关逆体积功的大小仍与具体的可逆途径有关. 2pVV1V21b可逆途径可逆途径 a: p = f1(V)可逆途径可逆途径 b: p = f2(V) 对理想气体对理想气体, 恒温恒温, 可逆过程可逆过程p = f(

6、V) = nRT/VVVnRTVpWVVVVdd2121 12lnVVnRTW pVV1V2127VpVVp )()(12环环环环恒外压途径恒外压途径恒容过程恒容过程 V = 0自由膨胀过程自由膨胀过程 p(环环) = 0凝聚系统凝聚系统(不含气相不含气相) V 0VpVVp )(12恒压过程恒压过程 21dVVVp可逆过程可逆过程 0 21d)(VVVpW环环体积功的计算式小结体积功的计算式小结:例例28体积功为零的几种过程体积功为零的几种过程: 恒容过程恒容过程刚性容的化学反应刚性容的化学反应 自由膨胀过程气自由膨胀过程气体向真空膨胀体向真空膨胀 凝聚系统相变过程凝聚系统相变过程 体体积变

7、化忽略不计积变化忽略不计例例3 例例4 例例5 例例6 例例7 例例10 例例11 9可逆过程的可逆过程的 p = f(V)关系称为关系称为可逆过程方程可逆过程方程, 随具体途径而异随具体途径而异; 对理想气对理想气体可逆恒温过程体可逆恒温过程 p = nRT/V.2 理想气体绝热可逆过程方程理想气体绝热可逆过程方程 21drVVVpW可逆膨胀或压缩过程是在系统内外压力相差无限小的条件下进行的可逆膨胀或压缩过程是在系统内外压力相差无限小的条件下进行的, 可用内压代替外压求可逆体积功可用内压代替外压求可逆体积功. 101. 理想气体可逆绝热过程方程理想气体可逆绝热过程方程dQ = 0, dUdW

8、, 理想气体理想气体 dU = nCV , mdT 过程可逆过程可逆 dWpdV nCV , mdT pdV VVnRTTnCmVdd, dlnT = (1) dlnVVVCRTTmVdd, 11TV1 = 常数常数利用理想气体状态方程利用理想气体状态方程, 又可得又可得常常数数 pV以上三式应用条件以上三式应用条件: 封闭系统封闭系统, W 0, 理想气体理想气体, 绝热绝热, 可逆过程可逆过程. 常见错误常见错误: 将上式用于绝热非可逆过程将上式用于绝热非可逆过程!称作理想气体的称作理想气体的绝热指数绝热指数 VpCC / /def 式中式中ln(T/T1) = ln(V/V1) 1 T/

9、T1 = (V/V1)1 又又 Cp, mCV , mRVVVVCCCTTmVmVmpd)1(dd, 常常数数 / )1(Tp12 111211 11 11 ar,111dd)/(d212121 VVVpVVVpVVVpVpWVVVVVV 1112111ar, VVVpW 1112111ar, ppVpW或或2. 可逆绝热功的计算可逆绝热功的计算不论可逆与否不论可逆与否, 绝热过程的功总可以用绝热过程的功总可以用 W = U 来进行计算来进行计算 , 这种方法往往较容这种方法往往较容易易. 13理想气体的理想气体的绝热可逆线绝热可逆线与与恒温可逆线恒温可逆线的比较的比较: 绝热可逆绝热可逆 p - V线斜率线斜率 p = C / V ( p/ V)S = C / V 1 = p /V 恒温可逆恒温可逆 p - V线斜率线斜率 p = C / V ( p/ V)T