冶金熱力學(xué)的性質(zhì)-熱力學(xué)基本概念-展示頁
2025-01-07 03:18本頁面
【正文】 態(tài)改變了，不一定所有性質(zhì)都改變，但性質(zhì)改變 了，狀態(tài)一定改變。如：溫度、壓力、粘度等 容量性質(zhì)：與物系中物質(zhì)的量成正比。第一章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 主講人 : 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 一、物系與環(huán)境 物系 ：研究的對象，它包括一部分的物質(zhì)或空間 定義 特點(diǎn)： a、是宏觀體系 b、物系要占有空間 c、物系可以是氣液固也可以是多個(gè)相 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 環(huán)境：指體系以外與體系密切相關(guān)的部分。 特點(diǎn) : a、物系與環(huán)境之間有確定的界面 b、這種界面可以是真實(shí)的也可以是虛構(gòu)的 c、物系與環(huán)境的劃分不是固定不變的 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 例 : 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 分類 物系分類 孤立物系：物系與環(huán)境之間無能量也無物質(zhì)交換 封閉物系：物系與環(huán)境之間有能量交換無物質(zhì) 交換 敞開物系：物系與環(huán)境之間既有能量交換也有物質(zhì)交換 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 性質(zhì) ：描述物系狀態(tài)的宏觀物理量 分類 強(qiáng)度性質(zhì)：與物系中物質(zhì)的量無關(guān)。如：體積、內(nèi)能、質(zhì)量等 兩個(gè)容量性質(zhì)的比值為 強(qiáng)度性質(zhì) ，如密度 ρ=m/v 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 狀態(tài) ：物系一系列性質(zhì)的綜合表現(xiàn) 特點(diǎn)： 例：理氣的等溫過程： （ P1， V1） → （ P2， V2） 狀態(tài)改變了， T不變。 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 狀態(tài)函數(shù)：由于物系的熱力學(xué)性質(zhì)均為狀態(tài)的 函數(shù)，故成為狀態(tài)函數(shù)。 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第一節(jié) 熱力學(xué)基本概念 內(nèi)能 定義 ：物系內(nèi)部各種能量的總和 類型：內(nèi)能用 U來表示，包括物系中物質(zhì)分子的平動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能、振動(dòng)能、電子運(yùn)動(dòng)能及核能等 說明：內(nèi)能是物系自身的性質(zhì)，只取決于物系的狀態(tài)。其變化量由物系的初、終態(tài)決定。 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 例 ： 做 飯 ： 化 學(xué) 能 → 熱 能 摩 擦 生 熱 ： 機(jī) 械 能 → 熱 能 電 爐 ： 電 能 → 熱 能 電 燈 ： 電 能 → 光 能第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 一、熱力學(xué)第一定律的表述 表述二：第一類永動(dòng)機(jī)是不能制造的 表述一：宏觀體系的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律 所謂第一類永動(dòng)機(jī)就是不需要供給任何能量可使其連續(xù)做功的機(jī)器 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 在歐洲，早期最著名的一個(gè)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案是十三世紀(jì)時(shí)一個(gè)叫亨內(nèi)考的法國人提出來的。方案的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，右邊的球比左邊的球離軸遠(yuǎn)些，因此，右邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大。這個(gè)設(shè)計(jì)被不少人以不同的形式復(fù)制出來，但從未實(shí)現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動(dòng)。于是，輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去而對外做功，只會(huì)擺動(dòng)幾下，便停在右圖中所畫的位置上。即體系從環(huán)境吸熱，減去體系對環(huán)境做功 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 三、恒容熱、恒壓熱及焓 說明：下標(biāo)“ V”表示過程中恒容且無體積功 恒容熱 a、定義：物系進(jìn)行一個(gè)恒容而且無體積功的過 程中與環(huán)境交換的熱 b、數(shù)學(xué)表達(dá)式： QV=ΔU 對于微小的恒容過程而且無體積功的過程： δ QV=dU 物理意義：恒容熱等于物系內(nèi)能的差值 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 恒壓熱 a、定義：物系進(jìn)行一個(gè)恒壓而且無非體積功的 過程中與環(huán)境交換的熱 b、數(shù)學(xué)表達(dá)式： ΔU=Q P － P0ΔV 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 a、焓的引出 焓 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 b、 ΔH 的物理意義 在恒壓過程中，若物系只做體積功，則物系吸入或放出的熱 QP等于物系焓的改變量 c、說明： 1）焓是物系的狀態(tài)函數(shù)，由物系的狀態(tài)決定 2）焓是物系的容量性質(zhì)，絕對值未知，單位 J、 KJ 3）焓沒有明確的物理意義，只是在物系只作體積功的時(shí)候它的特性才顯露出來，即 QP =ΔH 。 + b39。Tc第三節(jié) 熱容與顯熱計(jì)算 物質(zhì)的熱容數(shù)值上往往與溫度有關(guān)，熱容是隨溫度的變化而變化的，這種變化關(guān)系常用恒壓摩爾熱容與溫度的經(jīng)驗(yàn)公式表示。 特點(diǎn)： a、可逆過程是以無限小的變化進(jìn)行的，整個(gè)過程是由一連串無 限接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成 b、只要沿著原來過程的反方向，按同樣的條件和方式進(jìn)行，可 使物系和環(huán)境都完全恢復(fù)到原來的狀態(tài) C、在可逆過程中，物系對環(huán)境做最大功，環(huán)境對物系做最小功 一、可逆過程 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 意義： a、可逆過程是科學(xué)的抽象，是理想過程，自然界并不 存在 b、可逆過程為實(shí)際過程的極限過程，可逆過程體系對 環(huán)境做最大功，說明可逆過程的效率最高，最經(jīng)濟(jì) C、其他熱力學(xué)函數(shù)要借助可逆過程求得 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 二、恒溫可逆功的計(jì)算 當(dāng)氣體經(jīng)過可逆膨脹體積有 V1變化至 V2是，做的 體積功為： ?? 21VV dVPW當(dāng)氣體為理想氣體，有： nR TPV ?1） 2） 2）式代入 1）式，得： 1221 VVnRTL ndVVnRTVV?? ?恒溫下氣體的 P與 V成反比，故有： 21PPnRTL nW ?冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 理想氣體絕熱可逆方程的推導(dǎo)： 三、絕熱可逆功 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 積分： Cv , ml n(12TT)= R ln(21VV)2121,12)1(VVLnVVLnCCCTTLnmVmVmP???? ?VPmVmPCCCC??,?積分：第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 令： 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 12TT = 121 )( ??VV上式即為理想氣體絕熱過程可逆過程方程式 得： 結(jié)合理想氣體的狀態(tài)方程，還可以得到： ?? 2211 VpVp ??? 12121??????????ppTT冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第四節(jié) 可逆過程與可逆體積功 理想氣體絕熱可逆過程所作體積功的推導(dǎo)： ?? ?? 2121 11VVVV dVV VppdVW ???? 2111 VV VdVVp ?? ?????? ??? ?? 111211 111 ???? VVVp冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)通常是指恒溫恒壓或恒溫恒容、且 不做非體積功的條件下，反應(yīng)放出或吸收的熱量。 利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓： 說明： 規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零
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