主要教学内容(注明:*重点#难点):$2.5准静态过程与可逆过程$2.6烩$2.7热容(1)膨胀功定义:因体系体积变化而引起的体系与环境间交换的功称为体积功*(2)各种过程体积功的计算实例(3)准静态过程*(4)可逆过程体系及某种途径经过某一过程发生了状态变化,如果能以相反方向,经过与原来相同的途径回到其原始状态,而且环境也同时恢复其原始状态,则任一方向的状态都是可逆的,相应的过程称为可逆过程#(5)可逆过程的特征(6)等容热与等压热的定义*(7)恰的定义,特征(8)热容的定义:恒容热容和恒压热容*(9)热与过程有关:恒容过程热效应计算恒压过程热效应计算S2.5准静态过程与可逆过程功与过程和热力学能不同,环境对系统所做功的量和系统变化所经历的途经有关。以图2.2为例来说明做功的过程SW=-f,dl =-p.Adl=-p.dv(为外压)系统中的气体可以由不同的过程从→V,过程不同,环境做功也不相同。p=0,W., =01.自由膨胀We., =-p.(vz -v)2.外压始终维持恒定W., =-p,aV, -p,AV,(V, -V)3.多次等外压膨胀W., =-J p.dV =-nRT n V.4.无限多次的等外压膨胀以上的例子说明,功和途径有关由于AU=Q-W,所以也和途径有关。准静态过程过程4的特点:无限多次的等压膨胀,如果每次所需要的时间为无限长,系统在膨胀的每一时刻都无限地接近于平衡,这们的过程为准静态过程,在准静态过程中,P。=P。如果系统再经过压缩回到原来的状态
主要教学内容(注明:* 重点 # 难点 ): §2.5 准静态过程与可逆过程 §2.6 焓 §2.7 热容 (1)膨胀功定义:因体系体积变化而引起的体系与环境间交换的功称为体积功 *(2)各种过程体积功的计算实例 (3)准静态过程 *(4)可逆过程 体系及某种途径经过某一过程发生了状态变化,如果能以相反方向,经过与原来相同的途 径回到其原始状态,而且环境也同时恢复其原始状态,则任一方向的状态都是可逆的,相 应的过程称为可逆过程 #(5)可逆过程的特征 (6)等容热与等压热的定义 *(7)焓的定义,特征 (8)热容的定义:恒容热容和恒压热容 *(9)热与过程有关:恒容过程热效应计算 恒压过程热效应计算 §2.5 准静态过程与可逆过程 功与过程 和热力学能不同,环境对系统所做功的量和系统变化所经历的途经有关。 以图 2.2 为例来说明做功的过程 (为外压) 系统中的气体可以由不同的过程从 ,过程不同,环境做功也不相同。 1. 自由膨胀 2. 外压始终维持恒定 3. 多次等外压膨胀 4. 无限多次的等外压膨胀 以上的例子说明,功和途径有关 由于 ,所以 Q 也和途径有关。 准静态过程 过程 4 的特点:无限多次的等压膨胀,如果每次所需要的时间为无限长,系统在膨胀的 每一时刻都无限地接近于平衡,这们的过程为准静态过程,在准静态过程中, 。 如果系统再经过压缩回到原来的状态 W = − f 外 dl = −pe Adl = −pe dV V1 →V2 pe = 0,W e,1 = 0 ( ) W e,2 = −pe V2 −V1 ( ) ,3 1 2 2 1 W e = −p' e V − pe V V −V 1 2 ,4 ln V V W e = − pe dV = −nRT U = Q −W pe = p
1.一次压缩2.多次压缩3.无限多次压缩[W,"/>[we,2 |>|We3 ]显然从上边可以看出,无限多次的膨胀和压缩过程,如果系统在过程中没有由于摩擦引起的能量耗散的话,当整个过程结束时,系统会恢复到原状,同时不会给环境留下任何痕迹。可逆过程(与不可逆过程)当系统经历一个变化过程,从状态(1)变化到状态(2),如果能采取任何一种方式,使系统恢复原状的同时,环境也能恢复原状,则原来的过程[(1)→(2)]就称为可逆过程,否则为不可逆过程。上边的例子中发生的准静态过程在不考虑由于摩擦引起的能耗散的话,可称为可逆过程。可逆过程做的功最大。实际发生的接近可逆过程的例子1.恒压下的相变过程2.可逆电池在可逆情况下的放电过程式3.适当安排的化学反应过程2Ag,0)=4Ag() +0,(s)p=137.8KPa如注:1.实际发生的过程都为不可逆过程,上边的例子只是说在一定的条件下,体系发生特定的变化过程,只要进行得无限缓慢,可以当作可逆过程处理。2.不可逆过程并不是说体系根本无法恢复原状,而只是说体系和环境不能同时恢复原状。可逆过程的特点:1.可逆过程是以无限小的变化级进行的,整个过程是由一连串非常接近于平衡态的状态所组成。2.在反向的过程中,用同样的手续,循着原来过程的逆过程,可以使系统和环境都恢复到原来的状态而无任何耗散效应。3.在任何特定条件限定的情况下,只有可逆过程中环境做功最小,可逆过程的特殊的重要作用:1.可逆过程为人们求体系最大的做功能力提供了条件。2.热力学函数的求算要通过可逆过程来完成。$2.6烙H=U+pV(7)定义:恰的特点:1.恰是系统的性质,具有能量的量纲(J)。2.的绝对值无法确定,但变化量可以确定。AH=Q,3.在不做非体积功及等压的条件下,系统发生状态变化时,证明:当系统在p不变的情况下,从状态(1)→状态(2)
1. 一次压缩 2. 多次压缩 3. 无限多次压缩 显然 从上边可以看出,无限多次的膨胀和压缩过程,如果系统在过程中没有由于摩擦引起的 能量耗散的话,当整个过程结束时,系统会恢复到原状,同时不会给环境留下任何痕迹。 可逆过程(与不可逆过程) 当系统经历一个变化过程,从状态(1)变化到状态(2),如果能采取任何一种方式, 使系统恢复原状的同时,环境也能恢复原状,则原来的过程[(1)→ (2)]就称为可逆过程, 否则为不可逆过程。 上边的例子中发生的准静态过程在不考虑由于摩擦引起的能耗散的话,可称为可逆过程。 可逆过程做的功最大。 实际发生的接近可逆过程的例子 1. 恒压下的相变过程 2. 可逆电池在可逆情况下的放电过程式 3. 适当安排的化学反应过程 如 注: 1. 实际发生的过程都为不可逆过程,上边的例子只是说在一定的条件下,体系发生特 定的变化过程,只要进行得无限缓慢,可以当作可逆过程处理。 2. 不可逆过程并不是说体系根本无法恢复原状,而只是说体系和环境不能同时恢复原 状。 可逆过程的特点: 1. 可逆过程是以无限小的变化级进行的,整个过程是由一连串非常接近于平衡 态的状态所组成。 2. 在反向的过程中,用同样的手续,循着原来过程的逆过程,可以使系统和环境都恢 复到原来的状态而无任何耗散效应。 3. 在任何特定条件限定的情况下,只有可逆过程中环境做功最小, 可逆过程的特殊的重要作用: 1. 可逆过程为人们求体系最大的做功能力提供了条件。 2. 热力学函数的求算要通过可逆过程来完成。 §2.6 焓 定义: (7) 焓的特点: 1. 焓是系统的性质,具有能量的量纲(J)。 2. 焓的绝对值无法确定,但变化量可以确定。 3. 在不做非体积功及等压的条件下,系统发生状态变化时, 证明:当系统在 p 不变的情况下,从状态(1)→状态(2) | | | | | ,3 | ' ,2 ' ' ,1 e e We W W ( ) ( ) 2Ag2O s = 4Ag s + O2 (s) p =137.8KPa H =U + pV H = Qp
O,=AU-W(W =W,+W,)由热力学第一定律Q, = AU-W(W = W)在不做非体积功时AU=Q-W在不做非体积功及等压的条件下O, = △U -W,= (U, -U,)+p(V,-V)= (U, +p,V2)-(U, +pV)= AH在不做非体积功及等压容的条件下.AU=Q,(8)$2.7热容对封闭系统(均相且组成不变)加热时,设从环境吸进热量Q,系统的温度从升高到0C=T,-TT2,则定义平均热容为c(7)1dT(9)当温度的变化很小时,则有C.(T) C(T) _ 1 00n dTn定义系统的摩尔热容J. KI热容的单位:比热容J. K-l . Kg!摩尔热容J. K-I.mof!对于纯物质,加“*"。如1mol纯物质的摩尔热容可表示为Cm(B),热容随过程的不同而不同。对于组成不变的均相系统,常有两种重要的热容Q,-(H)C,=AH,=[C,dT(aT)dT(10)aH8yCV=SAH,=[CydTdT(aT)则相应的定压摩尔热容与定容摩尔热容Cm,(T)= 1 0Q,Cmr(T)= 1 00)ndTn dT热容是温度的函数,这种函数关系因物质,物态,温度的不同而异,根据实验常将气体的定压摩尔热容写成如下的经验式:
由热力学第一定律 在不做非体积功时 在不做非体积功及等压的条件下 在不做非体积功及等压容的条件下 (8) §2.7 热容 对封闭系统(均相且组成不变)加热时,设从环境吸进热量 Q,系统的温度从 升高到 ,则定义平均热容为 当温度的变化很小时,则有 (9) 定义系统的摩尔热容 热容的单位: J· K -1 比热容 J·K -1·Kg-1 摩尔热容 J· K -1·mol-1 对于纯物质,加“*”。如 1mol 纯物质的摩尔热容可表示为 Cm * (B),热容随过程的不同 而不同。 对于组成不变的均相系统,常有两种重要的热容 (10) 则相应的定压摩尔热容与定容摩尔热容 热容是温度的函数,这种函数关系因物质,物态,温度的不同而异,根据实验常将气体的定 压摩尔热容写成如下的经验式: ( ) Qp = U −W W = We +Wf ( ) Qp = U −W W = We U = QV −Wr H U p V U pV Qp U We U U p V V = = + − + = − = − + − ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 U = QV T1 T2 T2 T1 Q C − = ( ) dT Q C T drf = ( ) ( ) dT Q n n C T C T drf m 1 = = H C dT T H dT Q C p p p p p = = = ( ) ( ) dT Q n C T dT Q n C T V m V p m p 1 , 1 , = , = H C dT T H dT Q C V V V V V = = =
Cp.m(T)=a+bT+cT?+..Cp..(T)= a'+b"T-I +cT-2 +..式中a,b,c,"是经验常数,由各物质的自身的性质决定
式中 a,b,c,.是经验常数,由各物质的自身的性质决定。 ( ) ( ) = + + + = + + + −1 −2 , 2 , C T a' b'T c'T C T a bT cT p m p m