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化学与耐火材料热力学研究报告十一 -郑州四季火

更新时间:2018-07-05作者:阅读:

EB6中矩形 8+:9的面积EB6中矩形 8+:9的面积EB63理想气体恒温膨胀功6(先使 外 减小到 7;6YG$气体反抗 7;6YG的外压膨胀到体积为 E;8Q)然后再使外压减小到 7;EYG$使气体反抗7;EYG的外压膨胀到体积 CQ体系做功(687[即图 EB6中 A9=.和 -+:=二矩形面积之和C(在整个膨胀过程中$始终维持 外 比气体压力 小一无限小量 ,下进行$即 外 ^K,体系做功略去二级无限小$以及将理想气体在恒压下$$^E $ E ^ 6 $ 6 代入上式得这个功就是图 EB6中 ).+曲线以下的面积 ).+:9比较以上 C种不同途径的恒温膨胀过程$可知途径 C(所做的功最大现在再看使气体复原的压缩过程要使气体压缩$外 至少必须比气体压力 大 ,若使整个压缩过程始终维持外 ^],$体积从 CQ压缩回到 EQ$则此过程外界对体系做功为这个功是使体系复原所需的最小功3 < 的绝对值与途径C(的功 3 C 恰好相等而符号相反由此可知$途径 C(的过* 6 C *程发生后$只要将途径 C(的膨胀过程中所做的功贮存起来$则这些功恰好能够使体系沿原途径逆向进行$恢复原状$而不给环境留下任何影响或痕迹途径 C(整个过程可看成是由一系列极接近平衡的状态的过程所构成$这种过程在经典热力学中称为准静态过程 F5/B/22&T*+&//(在没有摩擦力的情况下$准静态过程就是可逆过程而途径 E(和 6(所做的功 3 E 和 3 6 都比恢复原状 即初态(所需最小压缩功 3< 的绝对值小)因此要使体系恢复原状$必然外界要另外付出一定的能量才行)也就是说要给环境留下影响或痕迹综合起来$可逆过程有如下特点可逆过程是在作用力与阻力相差无限小的条件下进行的$过程进行极为缓慢$在过程进行的每一步$体系都接近平衡状态$将条件稍微改变就能使过程方向逆向进行因此可逆过程发生后$可以使体系沿原途径逆向进行恢复原来状态在可逆过程中$体系做最大功可逆过程可用热力学函数表示可逆过程是一种理想的极限过程可逆过程在热力学中是极其重要的一种过程$一些重要热力学函数值是通过可逆过程得到的在实际生活中$有些变化是与可逆过程接近的$例如气B液平衡条件下液体的蒸发)固B液平衡条件下液体的结晶)原电池电动势与外加电压相差很小的情况下$电池的放电或充电等都可近似地看作可逆过程(((卡诺循环从热力学第二定律知$从单一热源吸热$使之完全转换为功的热机是不可能造成的)也就是说$热机至少需要两个热源即高温热储器与低温冷库从高温热源 ,E 吸的热 2 E 只能有一部分转变为功 3$有一部分热 26 必须传给较低温度的冷源 冷库(,6 即热机的效率 &为按热力学第一定律 &不能大于 E$最多只能等于 E按照热力学第二定律 &必须小于 E热机的最高效率是多少呢+卡诺设计了一个在高温热源 ,E 与低温热源 冷库(, 6 之间进行可逆循环的理想热机$它由两个恒温可逆过程和两个绝热可逆过程所组成常称为可逆卡诺循环 1_*/O(&*.+2&-&(($如图 EBC所示图 EBC3可逆卡诺循环1_*/O(&*.+2&-&((设卡诺循环所用的有活塞的气缸中$装的工作物质是 /$+(理想气体$活塞是无重量!无摩擦的体系的初态为 E$相继经过 ,E 恒温可逆膨胀!绝热可逆膨胀 温度 , E 降至 , 6 ($然后在,6 恒温可逆压缩$再绝热可逆压缩 , 6 升至 , E ($过程回到原来状态)完成一个循环这四个过程的热和功计算如下E(恒温可逆膨胀气缸中的 /$+(理想气体从初态 E,E !E !$ E (恒温可逆膨胀到状态6, E ! 6 !$ 6 (因为在恒温过程中理想气体的内能不变$14E ^7$因此 2 E ^3 E $即从高温热源,E 吸热 2 E $体系对外界环境做功 3 E 为6(绝热可逆膨胀从状态 6,E ! 6 !$ 6 (绝热可逆地膨胀到状态C,6 ! C !$ C ($因为整个绝热过程无热交换 2^7$所以对外界环境做功只能消耗内能$使理想气体温度降至 ,6 $3 6 (5146 (5/ $ , 6 5, E ((/ $ , E 5, 6 (6(C(恒温可逆压缩使气缸与温度为 ,6 的低温热源 冷库(接触$在 ,6 恒温可逆压缩$从状态 C, 6 ! C !$ C (变到状态 <,6 ! < !$ < ($由于恒温下理想气体内能不变$所以26 (3 C (/0, 6 (.$<$CC(因 $< h$ C $故 2^3 C h7$即此过程的功 3 C 和热 2 6 均为负值$说明是体系得到功$同时放热给低温 ,6 热源 冷库(<(绝热可逆压缩过程使体系绝热可逆压缩$外界环境对体系做功$从而增加了体系的内能$在绝热条件下只能使理想气体温度升高由 ,6 升至 , E $从状态 <, 6 ! < !$ < (回到初态 E,E ! E !$ E (2^7$所以3 < (514< (5/ $ , E 5, 6 ((/ $ , 6 5, E (<(在此循环过程中$体系所做总功为D3 (3 E *3

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