.4热力学第一定律焦耳实验恒容热摩尔热容.pptVIP

§2-1热力学基本概念及术语 §2-2热力学第一定律 §2-3恒容热、恒压热、及焓 §2-4摩尔热容 §2-5热力学第一定律对理想气体的应用 §2-6热力学第一定律对一般固、液体的应用 §2-7热力学第一定律对实际气体的应用 §2-8热力学第一定律对相变化的应用 §2-9热力学第一定律对化学变化的应用 本章小结与学习指导 ４．体积功计算　（条件Ｗ? ＝０） 微小功：　　 　　功： 热功当量 能量守恒定律 第一定律的文字表述 第一定律的数学表达式 第一定律的数学表达式 The molar heat capacity at constant volume：Ｃv,m １．定义：１mol 物质在恒容、非体积功为零条件下，仅因温度升高 1 K 所需的显热。 即：CV,m= ?QV,m/dT=(?Um/?T)V ２．单位：J?K-1?mol-1 ３．ＣＶ，ｍ与ＱＶ、 ?Ｕ的关系 在恒容、非体积功为零、单纯pVT变化条件下 The molar heat capacity at constant pressure：Ｃp,m １．定义：１mol 物质在恒压、非体积功为零条件下，仅因温度升高 1 K 所需的显热。 即：CP,m= ?QP,m/dT=(?Hm/?T)P ２．单位：J?K-1?mol-1 ３．ＣP，ｍ与ＱＰ、 ?Ｈ的关系 在恒压、非体积功为零、单纯pVT变化条件下 证明：系统状态一定时，内能值就为定值。 （反证法）系统状态从A经1或2到B ΔU1=UB–UA=ΔU2 若假设ΔU1ΔU2 系统状态 一次循环ΔU=ΔU1 –ΔU20 如此每经过一次循环，就有多余的能量产生 不断循环进行，就构成了第一类永动机 所以原假设不成立，即ΔU1=ΔU2 。 推论：系统状态发生变化时，系统的内能变化只决定于始终态，而与变化途径无关。 A B 1 2 2. 热力学第零定律 原理:分别与第3个物体达热平衡的两个物体，它们 彼此也一定互呈热平衡。 A B C 热平衡 热平衡 热平衡 热力学第零定律还保证我们可以用任何物质建立一种装置（温度计），并确信当它与任何物质组成的达热平衡的体系A或B或C相接触时，得到的关于特殊状态量（温度）的读数是一致的 温度定律:任一热力学的均相体系，在平衡态各自都存在一个 状态函数，称之为温度T；它具有这样的特性，对 于一切互呈热平衡的均相系其温度彼此相等。 摄氏温标t:?C H2O的冰点=0 ?C；沸点=100 ?C；刻度 1/100 华氏温标?:?F H2O的冰点=32 ?C；沸点=212 ?C；刻度1/180 热力学温标t:K H2O的三相点=273.15K；刻度 1/273.15 t/?C = T/K - 273.15 ?/?F = 32 + t/?C 实验时，将 a 打开，B中气体向A自由膨胀达到新平衡态，而发现温度没有变化。 1. 焦耳实验 焦耳于1843年做了低压气体自由膨胀实验(结果温度不变)。实验装置如图所示: 实验前，A球抽成真空，B球充常压下的空气。旋塞关闭，系统处于平衡态。 水浴 真空 搅拌器 温度计 B A b 气体 a 热力学能---焦耳实验 水浴 气体 搅拌器 温度计 A a 2. 焦尔实验的讨论，理想气体的热力学能 水温未变，说明系统与环境无热交换，?Q = 0 ，气体由B向A自由膨胀， ?W = 0 ，由第一定律：dU = 0 。 因为： 所以气体的热力学能与它的体积无关，（因而也和它的压力无关），而仅是温度的函数。 水浴 真空 搅拌器 温度计 B A b 气体 a 水浴 气体 搅拌器 温度计 A a 但它的结论对于理想气体还是适用的，因为低压气体可以看作为理想气体。所以可以说，一定量的理想气体的热力学能仅是温度的函数。 单纯pVT变化 实际上，这一结论并不准确，因为该实验水槽中水较多，气体压力较低，若气体自由膨胀与水交换的热较少，则温度变化很小，不可能用那么一个粗糙的温度计的观测出来。 §2.3 恒容热、恒压热，焓 恒容过程体积功W为零，由第一定律表达式可得： 1. 恒容热（QV）： 定义：系统在恒容，且非体积功为零的过程中与环境交换的热。 所谓恒容，指在整个过程中系统体积始终不变。Vsys=const 。 在等容且W′＝0的过程中，封闭体系从环境吸的热等于体系热力学能的增加。 适用条件：dV=0，Ｗ? ＝０ ＱＶ＝ ?Ｕ表明恒容热只取决于始末态，与过程途径无关 等压过程中， W＝pex?V 若 W′＝0， ?U = Qp－pex