第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)(編輯修改稿)
2024-08-28 13:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 pressibility, and is the adiabatic pressibility. PVTSCC???T?S?TT PVV ???? 1?SS PVV ???? 1?例題 證明： ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?PS,VS,VS,PT,VT,PT,PT,VS,PS,PT,VT,VS,TSTTSTCCpVpV???????????????????????????????TSPVPV?????????????????其中， n為摩爾數(shù) ,R為氣體常數(shù) ,U為能量 ,V為體積 , 考慮一理想氣體 ,其熵為 5 l n 2 l n ,2n U VS R Rnn???? ? ??????為常數(shù)，定出定壓和定容熱容量。 解：溫度 T由 ,VU TS????????? 511/ 2VS T n RUU??? ???????5 .2U R n T?52V sdUC R ndT????????7 .2PvC C n R R n? ? ?練一練： 一 .氣體的液化 十八世紀(jì)至十九世紀(jì)初，已經(jīng)通過降溫和壓縮的方法，實現(xiàn)了氨、氯氣和亞硫酸等氣體的液化。 至 1845年，出了氫、氧、氮等幾種氣體，無論加多大壓力 (當(dāng)時已達(dá)到 2790個大氣壓 )都無法使其液化。當(dāng)時被成為 “ 永久氣體 ” 。 167。 23 氣體降溫方法 凱勒泰特 —— 300大氣壓和 29℃ 下的氧氣突然膨脹 液氧。 二 制冷技術(shù)： 當(dāng)時采用的制冷技術(shù)主要有以下三種： (1)使氣體對外做功，氣體溫度下降； (2)已被液化的氣體在迅速蒸發(fā)時，產(chǎn)生冷卻作用； (3)焦耳 湯姆遜效應(yīng)：這是焦耳和湯姆遜在 1852年發(fā)現(xiàn)的。充分預(yù)冷的高壓氣體，通過多孔塞后在低壓空間絕熱膨脹后，溫度發(fā)生變化。如果溫度降低，稱為焦耳 湯姆遜正效應(yīng)；如果相反，則為負(fù)效應(yīng)。 1852年 , 焦耳和湯姆遜在研究氣體內(nèi)能時，采用多孔塞過程 — 節(jié)流過程。氣體 絕熱 由高壓 P1到低壓 P2，并達(dá)到定常狀態(tài)。 1． 氣體節(jié)流過程 稱為焦－湯效應(yīng)。 測量氣體在多孔塞兩邊的溫度結(jié)果表明： 在節(jié)流過程前后，氣體的溫度發(fā)生了變化。 下面用熱力學(xué)理論分析： 問題 1 左邊有一體積為 V1的壓強 P1的氣體緩慢移動到 右邊體積變?yōu)?V2，壓強 P2，需外界做多少功？ 167。 23 氣體降溫方法 外界對氣體做功 2211 VpVp ?內(nèi)能變化 即 21 HH ?節(jié)流過程前后焓相等 HpT )(????2 1 1 1 2 2U U P V P V? ? ?2 2 2 1 1 1U P V U P V? ? ?定義焦 — 湯系數(shù)： 焓不變的條件下，氣體溫度隨壓強的變化關(guān)系。 H=H(T,P) 由 1H T PT P HP H T? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?TpTp pHCpHHT )(1)()(???????????pT TVTVpH ????????????????????對于實際氣體 ),( pT?? ?在致冷區(qū)，可獲得低溫。 氣體節(jié)流后升溫稱為致溫區(qū) . 氣體節(jié)流后降溫稱為致冷區(qū) . 0? ?0??N2 HpT )(???? ? ?1)(1 ???????? ???? ?TCVVTVTC ppp對理想氣體 0/1 ??? ?? T2 氣體絕熱膨脹 近似為準(zhǔn)靜態(tài)過程， S不變 PTSSd S d T d PTP??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?TSPST PSPT???????? ??????? ???????????PPPT V V TC T C???????????準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中氣體的溫度隨壓強的變化率。 0?氣體膨脹壓強降低，氣體的溫度必然下降。 氣體在絕熱膨脹過程中減少其內(nèi)能而對外做功，加以膨脹后氣體分子間的平均距離增大，分子間的互作用能（勢能）增加，氣體的溫度下降。 空氣分離最常用的方法是深度冷凍法。它采用節(jié)流膨脹和等熵膨脹，此方法可制得氧、氮與稀有氣體 ,所得氣體產(chǎn)品的純度可達(dá)％～ ％ 低溫物理學(xué)的發(fā)展 自從 1908 年荷蘭萊頓實驗室實現(xiàn)了氦的液化以來，低溫物理學(xué)得到了迅速發(fā)展。 昂納斯的規(guī)模宏大的低溫實驗室成了國際上研究低溫的基地。他和他的合作者不斷創(chuàng)造新的成績，對極 低溫下的各種物理現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛研究， 測量了 10K 以下的電阻變化，發(fā)現(xiàn)金、銀、 銅等金屬的電阻會減小到一個極限值。 1911 年，他們發(fā)現(xiàn)汞、鉛和錫等一些金屬，在 極低溫下電阻會突然下降。 1913 年昂納斯 用 “ 超導(dǎo)電性 ” 來代表這一事實，這年他獲得 了諾貝爾物理獎。 1911— 1926 年間，昂納斯 繼續(xù)對液氦進(jìn)行了廣泛研究，并發(fā)現(xiàn)了其他 許多超導(dǎo)物質(zhì)，不過他一直未能實現(xiàn)液氦的固化。這件工作是在1926 年由他的同事凱森在液氦上加壓 25 大氣壓才得以完成，這時的溫度為 。 1928 年凱森發(fā)現(xiàn) 下液氦中有特殊的相變。十年后，蘇聯(lián)的卡皮查和英國的阿倫和密申納分別卻是同時地發(fā)現(xiàn)液氦在 以下可以無摩擦地經(jīng)窄管流出，一點粘滯性也沒有，這種屬性叫 超流動性 。 其中， n為摩爾數(shù) ,R為氣體常數(shù) ,U為能量 ,V為體積 , 考慮一理想氣體 ,其熵為 5 l n 2 l n ,2n U VS R Rnn???? ? ??????為常數(shù)，定出定壓和定容熱容量。 解：溫度 T由 ,VU TS??? ?????? 511/ 2VS T n RUU??? ???????5 .2U R n T?52V sdUC R ndT????????7 .2PvC C n R R n? ? ?練一練： 已有基本量： 物態(tài)方程 其它熱力學(xué)函數(shù)都可以用其表示。 167。 24 基本熱力學(xué)函數(shù)的確定 TVUPTPVT??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?內(nèi)能 vTUd U C d T d VV??????????0v
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