第1章可逆过程精选文档.ppt
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1、第第1章可逆过程章可逆过程本讲稿第一页,共四十五页一、热力学热力学可逆过程的特点1.1.可逆过程进行时,系统状态变化的动力与阻力相差无限小,可逆过程进行时,系统状态变化的动力与阻力相差无限小,可逆过程进行时,系统状态变化的动力与阻力相差无限小,可逆过程进行时,系统状态变化的动力与阻力相差无限小,所以在恒温条件下,系统可逆膨胀时对环境所作的功最大,所以在恒温条件下,系统可逆膨胀时对环境所作的功最大,所以在恒温条件下,系统可逆膨胀时对环境所作的功最大,所以在恒温条件下,系统可逆膨胀时对环境所作的功最大,系统可逆压缩时从环境得到的功最小。系统可逆压缩时从环境得到的功最小。系统可逆压缩时从环境得到的功
2、最小。系统可逆压缩时从环境得到的功最小。2.2.可逆过程进行时,系统与环境始终无限接近于平衡态;或可逆过程进行时,系统与环境始终无限接近于平衡态;或可逆过程进行时,系统与环境始终无限接近于平衡态;或可逆过程进行时,系统与环境始终无限接近于平衡态;或者说,可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成。者说,可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成。者说,可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成。者说,可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成。因此,可逆即意味着平衡。因此,可逆即意味着平衡。因此,可逆即意味着平衡。因此,可逆即意味着平衡。3.3.若变化循原过程的逆向进行,系统和环境可同
3、时恢复到原若变化循原过程的逆向进行,系统和环境可同时恢复到原若变化循原过程的逆向进行,系统和环境可同时恢复到原若变化循原过程的逆向进行,系统和环境可同时恢复到原态。同时复原后,态。同时复原后,态。同时复原后,态。同时复原后,系统与环境之间没有热和功的交换系统与环境之间没有热和功的交换系统与环境之间没有热和功的交换系统与环境之间没有热和功的交换。4.4.可逆过程变化无限缓慢,完成任一有限量变化所需时间无可逆过程变化无限缓慢,完成任一有限量变化所需时间无可逆过程变化无限缓慢,完成任一有限量变化所需时间无可逆过程变化无限缓慢,完成任一有限量变化所需时间无限长。限长。限长。限长。2本讲稿第二页,共四十
4、五页常见的可逆过程常见的可逆过程 1.1.可逆可逆可逆可逆PVTPVT变化变化变化变化n n过程中系统始终无限接近于热平衡和力平衡。过程中系统始终无限接近于热平衡和力平衡。过程中系统始终无限接近于热平衡和力平衡。过程中系统始终无限接近于热平衡和力平衡。n n例如,气体的膨胀与压缩可通过在理想活塞上逐颗减少或逐颗增加极细粉末来实例如,气体的膨胀与压缩可通过在理想活塞上逐颗减少或逐颗增加极细粉末来实例如,气体的膨胀与压缩可通过在理想活塞上逐颗减少或逐颗增加极细粉末来实例如,气体的膨胀与压缩可通过在理想活塞上逐颗减少或逐颗增加极细粉末来实现其变化。这种变化可视为可逆过程。如果在等压条件下是等压可逆过
5、程,如果现其变化。这种变化可视为可逆过程。如果在等压条件下是等压可逆过程,如果现其变化。这种变化可视为可逆过程。如果在等压条件下是等压可逆过程,如果现其变化。这种变化可视为可逆过程。如果在等压条件下是等压可逆过程,如果在等温条件下是等温可逆过程等。在等温条件下是等温可逆过程等。在等温条件下是等温可逆过程等。在等温条件下是等温可逆过程等。2.2.可逆相变化可逆相变化可逆相变化可逆相变化 n n系统在无限接近相平衡条件下进行的相变过程是可逆相变过程。热力学中讨论的可逆系统在无限接近相平衡条件下进行的相变过程是可逆相变过程。热力学中讨论的可逆系统在无限接近相平衡条件下进行的相变过程是可逆相变过程。热
6、力学中讨论的可逆系统在无限接近相平衡条件下进行的相变过程是可逆相变过程。热力学中讨论的可逆相变一般是在等温、等压且没有非体积功的条件下进行的。例如:固体在其熔点时的相变一般是在等温、等压且没有非体积功的条件下进行的。例如:固体在其熔点时的相变一般是在等温、等压且没有非体积功的条件下进行的。例如:固体在其熔点时的相变一般是在等温、等压且没有非体积功的条件下进行的。例如:固体在其熔点时的熔化,液体在其沸点时的蒸发。熔化,液体在其沸点时的蒸发。熔化,液体在其沸点时的蒸发。熔化,液体在其沸点时的蒸发。3.3.可逆化学变化可逆化学变化可逆化学变化可逆化学变化 n n在此过程中反应系统始终无限接近于化学平
7、衡。在此过程中反应系统始终无限接近于化学平衡。在此过程中反应系统始终无限接近于化学平衡。在此过程中反应系统始终无限接近于化学平衡。3本讲稿第三页,共四十五页二、各种过程体积功的计算二、各种过程体积功的计算 1 1自由膨胀过程(即气体向真空膨胀),特点是自由膨胀过程(即气体向真空膨胀),特点是自由膨胀过程(即气体向真空膨胀),特点是自由膨胀过程(即气体向真空膨胀),特点是P Pe e=0 0;2 2等容过程,特点是等容过程,特点是等容过程,特点是等容过程,特点是 =0=0(即(即(即(即 ););););3 3等压过程,特点是等压过程,特点是等压过程,特点是等压过程,特点是P=PP=Pe e =
8、常数(即),如果为理想气体常数(即),如果为理想气体常数(即),如果为理想气体常数(即),如果为理想气体 等压过程则;等压过程则;等压过程则;等压过程则;4本讲稿第四页,共四十五页6 6等温过程:特点是等温过程:特点是等温过程:特点是等温过程:特点是 5 5热力学可逆过程,特点是热力学可逆过程,特点是热力学可逆过程,特点是热力学可逆过程,特点是:6等温等温过过程:特点是程:特点是:(即);5本讲稿第五页,共四十五页(1 1)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程(2 2)理想气体等温可逆过程)理想气体等温可逆过程)理想气体等温可逆过程)理
9、想气体等温可逆过程6本讲稿第六页,共四十五页热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 本讲稿第七页,共四十五页一、理想气体的单纯一、理想气体的单纯PVT1等温过程等温过程等温过程等温过程(1 1)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程)理想气体等温等外压过程(2 2)理想气体等温可逆过程)理想气体等温可逆过程)理想气体等温可逆过程)理想气体等温可逆过程8本讲稿第八页,共四十五页例例2-1 4 mol2-1 4 mol理想气体由理想气体由2727,100kPa100kPa等温可逆压缩到等温可逆压缩到1000kPa,1000kPa,求求 该过程的该过程的 ,,和和
10、。已知该气体的。已知该气体的 解:解:本题变化过程可用下图表示:本题变化过程可用下图表示:理想气体理想气体4mol2727100kPa100kPa理想气体理想气体4mol27271000kPa1000kPa等温可逆等温可逆 因理想气体等温过程:对对于理想气体等温可逆于理想气体等温可逆过过程:程:9本讲稿第九页,共四十五页2 2等容过程等容过程 3等压过程等压过程10本讲稿第十页,共四十五页例例2-2 1mol的理想气体H2(g)由202.65kPa、10dm3等容升温,压力增大到2026.5kPa,再等压压缩至体积为1dm3。求整个过程的 1mol H2(g)202.65kPa,10dm3 1
11、mol H2(g)2026.5kPa,10d3 1mol H2(g)2026.5kPa,1dm3Q1,W1等容升温 等压压缩Q2,W2解:解:解:解:过过程的状程的状态变态变化化可可图图示如下:示如下:解法一:因为 所以 11本讲稿第十一页,共四十五页,12本讲稿第十二页,共四十五页解法二解法二:因因为为所以所以同理同理又因又因为为所以 本讲稿第十三页,共四十五页4 4绝热过程绝热过程系统与环境之间没有热的交换,但有功的交换,由热力学第一定律可得 从上式可以看出,在绝热过程中环境得到或消耗的功只能来源于系统热力从上式可以看出,在绝热过程中环境得到或消耗的功只能来源于系统热力学能的减少或使系统热
12、力学能增大,这必然使系统的温度降低或升高。学能的减少或使系统热力学能增大,这必然使系统的温度降低或升高。仍成立。仍成立。(1 1)绝热可逆过程)绝热可逆过程 绝热可逆过程方程式绝热可逆过程方程式对于理想气体的绝热可逆过程来说,若 则有如下绝热可逆方程式成立:14本讲稿第十四页,共四十五页称之为理想气体热容比 应用条件必须是:理想气体、封闭系统、单纯变化、绝热可逆过程且温度变化范围不大。利用此三式可以进行理想气体绝热可逆过程的计算。绝热可逆过程体积功的计算绝热可逆过程体积功的计算15本讲稿第十五页,共四十五页(2)绝热不可逆过程 12W 功和内能的计算功和内能的计算无论理想气体是否绝热可逆过程,
13、均可用来计算绝热过程的体积功。无论理想气体是否绝热可逆过程,均可用来计算绝热过程的体积功。16本讲稿第十六页,共四十五页 绝热过程方程的推导绝热过程方程的推导12绝绝 热热 方方 程程常量常量常量常量常量常量17本讲稿第十七页,共四十五页有人认为:有人认为:有人认为:有人认为:“在任意的绝热过程中,只要系统与外界之间没在任意的绝热过程中,只要系统与外界之间没在任意的绝热过程中,只要系统与外界之间没在任意的绝热过程中,只要系统与外界之间没有热量传递,系统的温度就不会变化有热量传递,系统的温度就不会变化有热量传递,系统的温度就不会变化有热量传递,系统的温度就不会变化”。此说法对吗?为。此说法对吗?
14、为。此说法对吗?为。此说法对吗?为什么?什么?什么?什么?n n不对不对不对不对V 或或 p 变化变化作功作功U变化变化 T 变化变化18本讲稿第十八页,共四十五页例例2-3 2mol理想气体H2(g)自 的始态分别经()绝热可逆压缩,()在恒外压为5*105Pa下绝热不可逆压缩。两途径到达的终态压力均为5*105Pa,分别求两途径的Q、W、U和H。解:解:解:解:()过程可图示如下:过程可图示如下:2mol H2(g)p1=105PaT1=273K2mol H2(g)p2=5105Pa T2=?绝热可逆因为因为H H2 2为双原子分子,故其为双原子分子,故其根据绝热可逆方程式可得 本讲稿第十
15、九页,共四十五页()过程如下图:过程如下图:2mol H2(g)p1=105PaT1=273K2mol H2(g)p2=5105Pa T2=?绝热不可逆因为过程()是绝热不可逆过程,故不能用绝热可逆方程。将将V V1 1和和V V2 2的表达式代入上式,可得的表达式代入上式,可得20本讲稿第二十页,共四十五页将P1=105Pa,P1=5105Pa,T1=273K,及 代入上式,将上式整理后,得将上式整理后,得可得可得 比较上题的两种结果可以看出:比较上题的两种结果可以看出:比较上题的两种结果可以看出:比较上题的两种结果可以看出:由同一始态出发,经绝热可逆过程和绝热不可逆过程达不到相同的终态。由
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