高中物理竞赛热力学.pptVIP

* 二、固液相变 固液相变分两种： 固→液，溶解、液→固，凝固或结晶。 固体（ 在一定温度、压强下）溶解时需要吸收热量。 使单位质量固体溶解为液体所需热量称为溶解热。 晶体溶解时温度保持不变（如冰、金属晶体等），对应的温度称为熔点。 非晶（固）体溶解时，没有确定的熔点。先软化，再变为液体，如玻璃等。 晶体物质凝固时的温度称为凝固点。 使单位质量液体凝固时释放热量——称为凝固热。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第64页。 * 三、固气相变 固气相变分两种： 固→气，升华（干冰变为CO2气体）、气→固，凝华（如冬天的结霜）。 升华只发生在固体表面。 单位质量固体升华为气体所需热量称为升华热。 升华热在数值上等于在相同条件下的溶解热和汽化热之和。 固体升华吸收大量热量，因此可用来制冷。如干冰（固体CO2）。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第65页。 * 四、三相点 任何物质当气、液、固三相共存时，各种相变达到平衡。平衡时，三相有确定的压强和对应的温度。 在p-T 图上，对应于汽化曲线、溶解曲线和升华曲线的交点——三相点。 例如：水的三相点（如图所示）对应的温度为273.16K。 水的三相点温度作为国际温标中最基本的固定参考点。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第66页。 * 质量M为2.0kg、温度T为-13℃、体积V为0.19m3的氟利昂(分子量为121)，在等温条件下被压缩，体积V变为0.10m3。试问在此过程中有多少千克氟利昂被液化?(已知在-13℃时液态氟利昂密度ρf=1.44×103kg／m3，其饱和蒸气压 ps=2.08×l05Pa，氟利昂的饱和蒸气可近似地看作理想气体。) 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第67页。 * 解：设氟里昂被压缩后，液态部分质量为M1、体积为V1；汽态部分质量为M2、体积为V2，压强即为饱和蒸汽压ps，则 可解得 假设被压缩前全部氟利昂都以气态存在，其压强可由气态方程求得 因为 pips ，说明被压缩前气体未饱和，前面假设成立。所以压缩过程中有 0.84kg 氟利昂被液化。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第68页。 * 质量为M的活塞上方为真空，下方为水和水蒸气，当加热器功率为N1 时，活塞以v1 缓慢上升；当N2=2N1时，v2=2.5v1，此时容器的T不变，求T=？（L=2.2×106J/kg，N1=100W，M=100kg，v1 =0.01m/s） 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第69页。 * 解： 因为P饱不变，T肯定不变，要考虑散热，散热速率q不变 ① 由①、② ② 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第70页。 * 在一个横截面积为S的密闭容器中，有一个质量为M的活塞把容器隔成 I、Ⅱ两室，I 室中为饱和水蒸气，Ⅱ室中有质量为m的氮气。活塞可在容器中无摩擦地滑动。原来，容器被水平地放置在桌面上．活塞处于平衡时，活塞两边气体的温度均为T0=373K，压强同为P0，如左图所示。今将整个容器缓慢地转到右图所示的直立位置，两室内的温度仍是T0，并有少量水蒸气液化成水。已知水的汽化热为L，水蒸气和氮气的摩尔质量分别为μ1和μ2。求在整个过程中，I室内的系统与外界交换的热量。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第71页。 * 由（1）、（3）式解得 解：当容器处在初始位置时，设水蒸气的体积为V1，氮气的体积为V2。当容器处在直立位置时，水蒸气的体积为V1-△V，压强仍为p0，氮气的体积为V2+△V，压强为 p = p0 - Mg／S （1） （2） （4） （3） 从初始位置转到直立位置的过程中 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第72页。 * 设转变成水的质量为△m，则因为只有少量的水蒸气变为水，所以水的体积可忽略不计，于是 由(4)式得 I室的系统从外界吸收的热量 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第73页。 * 正确使用高压锅的办法是等锅内水沸腾时，加上高压阀，此时锅内空气已全部排除，只有水的饱和蒸气。某一高压锅的预期温度为120 ℃，如果某人在使用此锅时，在水温被加热至 90 ℃ 时就加上高压阀 ( 可以认为此时锅内水气为饱和气 )，问高压阀开始被顶起时锅内温度为多少? 已知：水的饱和汽压p90= 7.010 ×104Pa；p 120 = 1.985× 105 Pa；水的饱和气压 pw 和温度 t (℃) 的函数关系如右图所示。 高中物理竞赛热力学全文共76页，当前为第74页。 * 解：由题设条件及图中pw-t曲线可知： （1）高压阀被顶起时锅内气体压强即为pw(120)。其数值为 （2）90℃时锅内水气压为pw (90)=7.010