第7章 热力学基础
工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化
第七章 统计热力学基础
第七章统计热力学基础一、选择题1、统计热力学主要研究（）。
(A) 平衡体系(B)单个粒子的行为案(C) 非平衡体系(D) 耗散结构2、能量零点的不同选择，在下面诸结论中哪一种说法是错误的：( )(A) 影响配分函数的计算数值(B) 影响U，H，F，G 的数值(C) 影响Boltzmann分布数N 的数值(D) 影响能级能量εi的计算数值3、最低能量零点选择不同，对哪些热力学函数值无影响：( )(A) U (B) S (C) G (D) H4、统计热力学研究的主要对象是：（）(A) 微观粒子的各种变化规律(B) 宏观体系的各种性质(C) 微观粒子的运动规律(D) 宏观系统的平衡性质5、对于一个U,N,V确定的体系，其微观状态数最大的分布就是最可几分布，得出这一结论的理论依据是：（）(A) 玻兹曼分布定律(B) 等几率假设(C) 分子运动论(D) 统计学原理6、以0到9这十个数字组成不重复的三位数共有（）(A) 648个(B) 720个(C) 504个(D) 495个7、各种不同运动状态的能级间隔是不同的，对于同一种气体分子，其平动、转动、振动和电子运动的能级间隔的大小顺序是：（）(A) t > r > v > e(B) t < r < v < e(C) e > v > t > r(D) v > e > t > r8、在统计热力学中，对物系的分类按其组成的粒子能否被分辨来进行，按此原则：（）(A) 气体和晶体皆属定域子体系(B) 气体和晶体皆属离域子体系(C) 气体属离域子体系而晶体属定域子体系(D) 气体属定域子体系而晶体属离域子体系9、对于定域子体系分布X所拥有的微观状态t x为：（）(A) (B)(C) (D)10、当体系的U,N,V确定后，则：（）(A) 每个粒子的能级 1, 2, ....., i一定，但简并度g1, g2, ....., g i及总微观状态数 不确定。
7-热力学基础(题库)
三、 简答题
1、卡诺循环的效率与哪些因素有关？试写出其效率表达式。 2、什么是准静态过程？
四、计算题
1、一氧气瓶的容积为 V，充了气未使用时压强为 p1，温度为 T1；使用后瓶内氧气的质量减少为原来 的一半，其压强降为 p2，试求此时瓶内氧气的温度 T2 。
2、理想气体做卡诺循环，设热源温度为 100℃，冷却器温度为０℃时，每一循环做净功 8kJ，今维持
(A) 0.5%
（B）4%
（C）9%
（D ）21%
10、一定量的理想气体，分别进行如图所示的两个卡诺循环 abcda 和 abcda。若在 P V 图上这两个循环曲线所围面积相等，则可以由此得知
这两个循环
(A)效率相等。
(B)由高温热源处吸收的热量相等。
(C)在低温热源处放出的热量相等。 (D)在每次循环中对外做的净功相
尔热容 CV ,m 12.46J mol1K 1,CP,m 20.78J mol1K 1 )
4、一定量的某种理想气体进行如图所示的循环过程．已知气体在 状态 A 的温度为 TA＝300 K，求
(1) 气体在状态 B、C 的温度；
p (Pa)
300
A
200
100
C
(2) 各过程中气体对外所作的功； (3) 经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量(各过程吸热
7、一卡诺热机低温热源的温度为 27C,效率为 40% ,高温热源的温度 T1 =
.
8、设一台电冰箱的工作循环为卡诺循环,在夏天工作,环境温度在 35C,冰箱内的温度为 0C,这台电冰
箱的理想制冷系数为 e=
.
9、将 1kg 温度为100 C 的水置于 200 C 的恒温热源内，最后水的温度与热源的温度相同，则水的熵变
热力学基础
第七章 热力学基础基 本 要 求一、理解功和热量的概念以及准静态过程。
二、掌握热力学第一定律；能熟练地分析、计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环过程的效率。
三、理解摩尔热容量的定义，并会用它来计算等压、等容过程中的热量。
四、了解热力学第二定律及其统计意义。
内 容 提 要一、准静态过程平衡态 不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变的状态。
准静态过程 由无数个平衡态组成的过程，即系统的每个中间态都是平衡态。
准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似。
实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程 。
二、热力学第一定律W E E Q +-=12对于一元过程：dW dE dQ +=符号规定：Q > 0系统吸热；W > 0系统对外界做正功； ∆E >0系统内能增加。
热力学第一定律适用于任何系统（固、液、气）的任何过程（非准静态过程亦成立）。
三、功、内能、热量的数学表达式和意义功 通过做功可以改变系统的状态。
功是过程量，是分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。
⎰=21V V PdV W内能 内能是状态的函数。
对于一定质量的某种气体，内能一般是T 、V 或P 的函数；对于刚性分子的理想气体，内能只是T 的函数，即T C RT iE V νν==2)(12T T C E V -=∆ν热量 传热也可改变系统的状态，其条件是系统和外界的温度不同。
Q=νC (T 2 –T 1) 其中C 为摩尔热容量。
四、气体的摩尔热容量摩尔热容量 一摩尔物质温度升高一度所吸收的热量，即⎪⎭⎫ ⎝⎛=dT dQ C ν1 理想气体等容摩尔热容量 R i C V 2=理想气体等压摩尔热容量 R C R R iC V P +=+=2泊松比 12>+==ii C C V P γ 对刚性理想气体单原子分子，i = 3，γ = 1.67； 对刚性理想气体双原子分子，i = 5，γ = 1.40； 对刚性理想气体多原子分子，i = 6，γ = 1.33。
7热力学基础1(12)
引力刚球模型
f
引力刚球模型
简化
O d
s
r
d —分子有效直径（10-10m）
r0 — 平衡距离（d ）
s —分子有效作用距离（102d ）
引力刚球模型：
1、分子是直径为d 的刚性球。
2、在 d － s 范围内，分子间有引力。 二、范德瓦耳斯方程 设气体为1 mol。 对理想气体
p RT v
二、热力学第一定律
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A，系统 内能从初始态 U1变为 U2，则由能量守恒：
Q ( A ) U
Q U A
规定
热力学第一定律 的普遍形式
Q>0，系统吸收热量；Q<0,系统放出热量；A>0,系统 对外作正功；A<0,系统对外作负功；U>0,系统内能增
加，U<0,系统内能减少。
对无限小过程
dQ dU dA
定律表述了内能增量、热量、和功之间数量关系， 适用于自然界中一切系统的所有过程。
对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体积的 变化来实现的，则
Q U pdV
V 1
V 2
dQ dU pdV
热力学第一定律另一表述： 制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需要消 耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器)是不可能的。
绝热过程，C=0 等温过程,C=无穷大 一般过程，介于上述两者之间
等体和等压过程中的热容量分别称为定体热容CV 和 定压热容Cp （1 摩尔物质）
(1) 定体摩尔热容CV,m
C dQ V 1 C ( ) ( dQ ) C dT V , m V V V , m dT
(2) 定压摩尔热容Cp，m
物理化学第七章统计热力学基础
热力学第二定律的实质是揭示了热量 传递和机械能转化之间的方向性。
VS
它指出，热量传递和机械能转化的过 程是有方向的，即热量只能自发地从 高温物体传向低温物体，而机械能只 能通过消耗其他形式的能量才能转化 为内能。
热力学第二定律的应用
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们合理利用能源，提高能源利用效率。
优势
统计热力学从微观角度出发，通过统计方法描述微观粒子的运动状态和相互作用，能够 更深入地揭示热现象的本质和内在规律。
局限性
统计热力学涉及到大量的微观粒子，计算较为复杂，需要借助计算机模拟等技术手段。
统计热力学与宏观热力学的关系
统计热力学和宏观热力学是相互补充的 关系，宏观热力学提供整体的、宏观的 视角，而统计热力学提供更微观、更具 体的视角。
03
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热力学第一定律的表述为
能量不能无中生出，也不能消失，只能从一种形式转化为另一种 形式。
也可以表述为
封闭系统中，热和功的总和是守恒的，即Q+W=ΔU。其中Q表示传 给系统的热量，W表示系统对外做的功，ΔU表示系统内能的变化。
热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质是能量守恒定律在封闭系统中的具体表现。 它表明了在能量转化和传递过程中，能量的总量保持不变，即能 量守恒。
掌握理想气体和实际气 体的统计描述，理解气 体定律的微观解释。
了解相变和化学反应的 统计热力学基础，理解 热力学第二定律和熵的 概念。
02
统计热力学基础概念
统计热力学简介
统计热力学是研究热力学系统 在平衡态和近平衡态时微观粒 子运动状态和宏观性质之间关 系的学科。
它基于微观粒子的运动状态和 相互作用，通过统计方法来描 述系统的宏观性质，揭示了微 观结构和宏观性质之间的联系 。
第七章统计热力学基础
练习7.7一个U,N,V确定的系统，任何一种分布均不能随意的，而必须满足①与②两个条件。
练习7.8对于一定量的某气态、液态、固态物质,其微观状态数的排序是。
练习7.9最概然分布的微观状态数随粒子增加而①，该分布出现的概率随粒子数增加而②。
自测7.15转动特征温度定义为( )。
(A) (B) (C) (D)
自测7.16双原子分子在温度很低时且选取振动基态能量为零，则振动配分函数值为（）。
（A）0（B）1（C）＜0（D）＞0
自测7.17对于N个粒子构成的定位独立可辨粒子系统熵的表达式为( )。
(A) (B)
(C) (D)
自测7.18对理想气体分子的平动，下面的结果中正确的是( )。
自测7.23已知CO与N2的质量、转动特征温度基本相同，若电子运动与振动能级均未开放，则（）。
(A) (B) (C) 与 无法比较(D)
自测7.241mol双原子分子理想气体，当其温度由T1升到2T1时，若其转动惯量不变，则其转动熵变将是（）。
(A) 5.763J·mol1K1(B)RlnT1
(C)RlnT2(D) 11.526J·mol1K1
练习7.22一个体积为V，粒子质量为m的离域子系统，其最低平动能级和其相邻能级间隔为①。若平动能级的 ，该能级的统计权重 是②。
练习7.23NH3分子的对称数是3，BF3分子的对称数是。
练习7.24已知HI的转动惯量I为4.31×1045kg·m2,h=6.626×1034J·s,k=1.38×1023J·K1,则其转动特征温度是。
(C)它的定义是 (D)它不是状态函数
自测7.32用J代表分子具有的各独立运动项目，分子在能级i的统计权重gi为下式中的（）
第七章 热力学基础
p1 m RT ln 由 Q =W = T T M p2
得
QT = WT = 246J
mi R(T2 − T1 ) 得 由 QV = E2 − E1 = M2 mi QV = Ed − Ec = R(Td − Tc ) M2 i = ( pdVd − pcVc ) 2 3 2 = (1× 3 − 2 × 3) ×1.013 ×10 J = −456J 2
dW = pdV,W = p(V2 −V1 )
■ 热力学第一定律的形式
(dQ ) p = dE + pdV m RdT = dE + M
热源
■ 有限等压过程 对等压过程，气体从状态Ⅰ（p、V1、T1） 对等压过程， 变到状态Ⅱ （p、V2、T2）时：
m R(T2 − T1 ) Wp = ∫ pdV = p(V2 −V1 ) = V1 M
pbVb 3.039 ×105 Pa × 2 5 pc = = = 2.026 ×10 Pa 3 Vc
在状态d 压强为p 1.013× Pa，体积为V 在状态d，压强为pd=1.013×105Pa，体积为Vd= 3L
在全过程中内能的变化△E 为末状态内能减去 初状态内能，有理想气体内能公式及理想气体状态 初状态内能，有理想气体内能公式及理想气体状态 方程得： 方程得： ∆E = Ed − Ea
E = E(T,V )
二、热与功的等效性 如图： 如图：温度都由 T1→ T2 状态发生了相同的变化。 状态发生了相同的变化。 等效 传热 —— 作功 加热 搅拌作功
因为功是能量传递的一种形式， 因为功是能量传递的一种形式，是系统能量变 化的一种量度。 所以热量也是能量传递的一种形式， 化的一种量度。 所以热量也是能量传递的一种形式， 是系统能量变化的一种量度。 是系统能量变化的一种量度。
高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)
E i RT dE i RdT
2
2
CP
dQP dT
dQP
dE
PdV
i 2
RdT
RdT
PV RT d（PV） PdV VdP PdV RdT
14
单原子：i 3 双原子：i 5 多原子：i 6 二、三种等值过程
5
3
7
5
8
6
1.等容过程 特征：dV 0 dA 0
p
过程方程：
(1)状态d的体积Vd; (2)整个过程对外所做的功;
(3)整个过程吸收的热量.
p
2p1
c
解: (1)由绝热过程方程：
TcVc 1 TdVd 1
p1
ab
d
1
得：Vd
Tc Td
1
Vc
根据题意：
Td
Ta
p1V1 R
o v1 2v1
v
Vc 2V1
Tc
pcVc R
4 p1V1 R
4Ta
5
3
27
(2)整个过程对外所做的功;
真空
T
T0
2V0
∵绝热过程
(E E0） A 0
而 A=0
V0 1T0 （2V0） 1T T P0V0 P（2V0） P
E E0 （T T0）
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P
1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
i 2 1
1
i
医学物理学热力学基础课件
教学基本要求
• 掌握热力学第一定律，并熟练应用于理想 气体各等值过程及循环过程 掌握热力学第二定律, 理解宏观过程的不 可逆性和热力学概率之间的关系 理解宏观过程的不可逆性和热力学概率之 间的关系 了解熵的概念、熵增加原理与能量退降， 理解生命过程中的自组织现象
•
• •
第七章 热力学基础
第一节 热力学的一些基木概念
一、热力学系统
1. 几个基本概念 孤立系统 封闭系统 开放系统
二、热力学过程
热力学过程: 系统从一个平衡态到另一个平衡态所 经历的的变化称为热力学过程,简称过程
第七章 热力学基础
准静态过程：如果任一时刻的中间态都无限接近一个 平衡态，此过程为准静态过程。不符合此条件的为非 静态过程 准静态过程的物理图像：驰豫时间：宏观小，微观大 态与过程的表示： p－V图
II
O
V1
等温过程
V2 V
第七章 热力学基础
四、绝热过程
dQ 0, Ws E
Ws M
绝热过程状态方程推导：
CV (T2 T1 )
pdV
M
CV dT M
状态方程？, p-V图？
pdV Vdp
RdT
pV=恒量 V-1T=恒量
P-1T-=恒量
绝热方程 （泊松方程）
或
V2
பைடு நூலகம்
V1
M i pdV R(T2 T1 ) p(V2 V1 ) 2
M i M M i Qp R(T2 T1 ) R(T2 T1 ) ( R R )(T2 T1 ) 2 2
则定压摩尔热容为
Cp
(dQ ) p ,mol dT
大学物理电子教案ch7热力学基础
大学物理电子教案ch7热力学基础教案内容：一、教学内容本节课的教学内容选自大学物理教材第七章，热力学基础。
本章主要介绍了热力学的基本概念、定律和应用。
具体内容包括：温度、热量、内能的概念及它们之间的关系；热力学第一定律和第二定律；热力学常见现象和应用。
二、教学目标1. 理解温度、热量、内能的概念及它们之间的关系。
2. 掌握热力学第一定律和第二定律的基本内容。
3. 能够运用热力学知识解释一些日常生活中的现象。
三、教学难点与重点1. 教学难点：热力学第二定律的内涵及应用。
2. 教学重点：热力学第一定律和第二定律的理解和应用。
四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、PPT投影仪。
2. 学具：教材、笔记本、三角板、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：讨论冬季取暖和夏季降温的原理，引导学生思考热量传递的过程。
2. 概念讲解：介绍温度、热量、内能的概念，并通过示例解释它们之间的关系。
3. 定律讲解：讲解热力学第一定律和第二定律的内容，并通过实例演示其应用。
4. 例题讲解：分析生活中的一些热力学现象，如热机效率、制冷原理等，引导学生运用热力学知识进行解释。
5. 随堂练习：布置一些与本节课内容相关的练习题，让学生现场解答，巩固所学知识。
6. 知识拓展：介绍热力学在现代科技领域中的应用，如空调、冰箱等。
六、板书设计板书内容主要包括：温度、热量、内能的概念及关系；热力学第一定律和第二定律的公式及解释；热力学现象及应用。
七、作业设计1. 作业题目：（1）解释温度、热量、内能的概念及它们之间的关系。
（2）运用热力学第一定律和第二定律，分析一个热力学现象。
（3）讨论热力学在现代科技领域中的应用。
2. 答案：（1）温度是物体分子平均动能的度量；热量是热能的传递；内能是物体所有分子的动能和势能之和。
它们之间的关系是：温度升高，热量增加，内能增加。
（2）示例：分析热水沸腾的过程，应用热力学第一定律，解释水蒸气产生的原因。
第七章热力学基础
强不变时，温度改变1 K所吸收或放出的热量，用CP表示。
QP
E
A
M
(CV
R)(T2
T1)
QP
M
CP (T2
T1)
Cp CV R 迈耶公式
CP
i
2 2
R
在等压过程，温度升高1度时，1mol理想气体多吸收8.31J的
热量，用来转换为膨胀时对外做功。
第二节 理想气体的等值过程
二、等压过程、定压摩尔热容、摩尔热容比
CV
iR 2
i3
CV
3 2
R
12.47J
mol1 K 1
i5
CV
5 2
R
20.78JBiblioteka mol1 K 1i6
CV
6 2
R
24.93J
mol1 K 1
理想气体的定容摩尔热容只与气体分子的自由度有关。
第二节 理想气体的等值过程
二、等压过程、定压摩尔热容、摩尔热容比
等压过程
系统的压强始终保持不变的过程称为 p
1247
J
Q23 A23 822 J
M
2.8 103 7 8.31
Q34 (CV R)(T4 T3 ) 28 103 2 (450 900) 1309 J
Q14 Q12 Q23 Q34 1247 822 -1309 760 J
或 Q14 E14 A14 312 448 760 J
氮气为双原子分子气体，其定容摩尔热容
CV
5R 2
，可求得：
E14
M
CV (T4
T1 )
2.8 103 28 103
5 8.31 (450 2
300)
化学工业出版社物理化学答案第7章 统计热力学基础
第七章 统计热力学基础习题详解1. (1) 10个可分辨粒子分布于 n 0＝4，n 1＝5，n 2＝1 而简并度 g 0＝1，g 1＝2，g 2＝3 的 3 个能极上的微观状态数为多少？(2) 若能级为非简并的，则微观状态数为多少？。
解: (1)451D g 123W =N =10=120960451i n i i n ⋅⋅Π⋅⋅！！！！！！(2)D 110W =N ==1260451i n Π⋅⋅！！！！！！2. 某一分子集合在100 K 温度下处于平衡时，最低的3个能级能量分别为 0、2.05×10-22J 和 4.10×-22J ，简并度分别为1、3、5。
计算3个能级的相对分布数 n 0：n 1：n 2。
解：-22-2202.051011.38101001==1:2.593N N e⎛⎞−×⎜⎟⎜⎟××⎝⎠⋅()-22-222.05 4.10101.3810100123==0.6965N e N ⎡⎤−×−⎢⎥××⎢⎥⎣⎦⋅123=1:2.59:3.72N N N ：：3. I 2分子的振动能级间隔是0.42×10-20 J ，计算在25℃时，某一能级和其较低一能级上分子数的比值。
已知玻尔兹曼常数k ＝1.3806×10-23 J·cm -1。
解：根据Boltzmann 分布对于一维谐振子，能级为非简并的，即+1==1i i g g ，因此 I 2分子-201+1-230.4210=exp =exp =0.360T1.380610298i+i i i N g N g k ε⎛⎞−∆−×⎛⎞⎜⎟⎜⎟××⎝⎠⎝⎠4. 一个含有N 个粒子的系统只有两个能级，其能级间隔为ε，试求其配分函数q 的最大可能值是多少？最小值是多少？在什么条件下可能达到最大值和最小值？设ε＝0.1 k T 。
大学物理课后习题答案(上下册全)武汉大学出版社 第7章 热力学基础习题解答
第7章 热力学基础7-1在下列准静态过程中，系统放热且内能减少的过程是[ D ] A ．等温膨胀. B ．绝热压缩. C ．等容升温. D ．等压压缩.7-2 如题7-2图所示，一定量的理想气体从体积V 1膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程; A →C 等温过程; A →D 绝热过程 . 其中吸热最多的过程是[ A ] A ．A →B 等压过程 B ．A →C 等温过程.C ．A →D 绝热过程. 题7-2图 D ．A →B 和A → C 两过程吸热一样多.7-3 一定量某理想气体所经历的循环过程是:从初态(V 0 ,T 0)开始,先经绝热膨胀使其体积增大1倍,再经等容升温回复到初态温度T 0, 最后经等温过程使其体积回复为V 0 , 则气体在此循环过程中[ B ]A ．对外作的净功为正值.B ．对外作的净功为负值.C ．内能增加了.D ．从外界净吸收的热量为正值. 7-4 根据热力学第二定律，判断下列说法正确的是 [ D ] A ．功可以全部转化为热量，但热量不能全部转化为功.B ．热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体.C ．不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程.D ．一切自发过程都是不可逆的.7-5 关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法，正确的是[ A ] A ．可逆过程一定是准静态过程． B ．准静态过程一定是可逆过程． C ．无摩擦过程一定是可逆过程．D ．不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．7-6 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(题7-6图中阴影部分)分别为S 1和S 2 , 则二者的大小关系是[ B ] A ．S 1 > S 2 . B ．S 1 = S 2 .C ．S 1 < S 2 .D ．无法确定. 题7-6图 7-7 理想气体进行的下列各种过程，哪些过程可能发生[ D ] A ．等容加热时，内能减少，同时压强升高 B ． 等温压缩时，压强升高，同时吸热 C ．等压压缩时，内能增加，同时吸热 D ．绝热压缩时，压强升高，同时内能增加7-8 在题7-8图所示的三个过程中，a →c 为等温过程,则有[ B ] A ．a →b 过程 ∆E <0，a →d 过程 ∆E <0. B ．a →b 过程 ∆E >0，a →d 过程 ∆E <0. C ．a →b 过程 ∆E <0，a →d 过程 ∆E >0.D ．a →b 过程 ∆E >0，a →d 过程 ∆E >0. 题7-8图7-9 一定量的理想气体，分别进行如题7-9图所示的两个卡诺循环，若在p V -图上这两个循环过程曲线所围的面积相等，则这两个循环的[ D ] A ．效率相等.B ．从高温热源吸收的热量相等.C ．向低温热源放出的热量相等.D ．对外做的净功相等. 题7-9图7-10一定质量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单原子分子气体，则该过程中需吸热__500__ J ；若为双原子分子气体，则需吸热__700___ J 。
工程热力学课件第7章化学热力学基础
热力学第二定律在化学反应中的应用
02
01
03
热力学第二定律指出自然发生的反应总是向着熵增加 的方向进行，即向着更加混乱无序的状态进行。
在化学反应中，热力学第二定律用于判断反应是否自 发进行以及反应的进行方向。
工程热力学课件第7章化学热 力学基础
目
CONTENCT
录
• 化学热力学基础概述 • 化学反应的热力学性质 • 化学反应过程的动力学分析 • 化学反应的能量转换与利用 • 化学反应过程的优化与控制 • 化学热力学的应用与发展
01
化学热力学基础概述
化学热力学的定义与目的
定义
化学热力学是研究化学反应和相变化过程中能量转化和平衡的学 科。
化学反应过程的安全与环保
总结词
化学反应过程的安全与环保是化学工业可持续发展的关键因素，需要采取有效的措施来保障安全和减少环境污染。
详细描述
在化学反应过程中，应关注安全问题和环保要求，采取一系列措施来预防事故发生和减少环境污染。例如，加强 设备维护和安全检查、采用环保型的原料和工艺、严格控制废弃物排放等。这些措施有助于保障化学反应过程的 安全性，同时也有利于保护环境和促进可持续发展。
质量作用定律
反应速率方程
反应速率与反应物质浓度的幂次方成 正比。
根据质量作用定律和速率常数推导得 出。
速率常数
描述反应速率快慢的常数，与温度有 关。
反应速率的影响因素
01
02
03
04
温度
温度升高，分子运动加快，碰 撞频率增加，反应速率提高。
压力
压力增大，分子碰撞频率增加 ，反应速率提高。
第七章_统计热力学基础-考点分析
第七章 统计热力学基础7.1概述统计热力学是宏观热力学与量子化学相关联的桥梁。
通过系统粒子的微观性质（分子质量、分子几何构型、分子内及分子间作用力等），利用分子的配分函数计算系统的宏观性质。
由于热力学是对大量粒子组成的宏观系统而言，这决定统计热力学也是研究大量粒子组成的宏观系统，对这种大样本系统，最合适的研究方法就是统计平均方法。
微观运动状态有多种描述方法：经典力学方法是用粒子的空间位置（三维坐标）和表示能量的动量（三维动量）描述；量子力学用代表能量的能级和波函数描述。
由于统计热力学研究的是热力学平衡系统，不考虑粒子在空间的速率分布，只考虑粒子的能量分布。
这样，宏观状态和微观状态的关联就转化为一种能级分布（宏观状态）与多少微观状态相对应的问题，即几率问题。
Boltzmann 给出了宏观性质—熵(S)与微观性质—热力学几率(Ω)之间的定量关系：ln S k =Ω。
热力学平衡系统熵值最大，但是通过概率理论计算一个平衡系统的Ω无法做到，也没有必要。
因为在一个热力学平衡系统中，存在一个微观状态数最大的分布（最概然分布），摘取最大项法及其原理可以证明，最概然分布即是平衡分布，可以用最概然分布代替一切分布。
因此，有了数学上完全容许的ln Ω ≈ ln W D,max ，所以，S = k ln W D,max 。
这样，求所有分布的微观状态数—热力学几率的问题转化为求一种分布—最概然分布的微观状态数的问题。
波尔兹曼分布就是一种最概然分布，该分布公式中包含重要概念—配分函数。
用波尔兹曼分布求任何宏观状态函数时，最后都转化为宏观状态函数与配分函数之间的定量关系。
配分函数与分子的能量有关，而分子的能量又与分子运动形式有关。
因此，必须讨论分子运动形式及能量公式，各种运动形式的配分函数及分子的全配分函数的计算。
确定配分函数的计算方法后，最终建立各个宏观性质与配分函数之间的定量关系。
本章7.2主要考点7.2.1统计系统的分类：独立子系统与相依子系统：粒子间无相互作用或相互作用可忽略的系统，称为独立子系统，如理想气体；粒子间相互作用不可忽略的系统，称为相依子系统。
第七章 热力学基础
1 1 1
2
2
2
V
二、准静态过程的功、热量和内能
1.准静态过程中的功
无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外 界在准静态过程中对系统的作用力，可以用系统本 身的状态参量来表示。
[例] 右图活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态压缩 或膨胀时，外界的压强Pe必等于此时气体的压强P， 否则系统在有限压差作用 dx 下，将失去平衡，称为非 静态过程。若有摩擦力存 P S Pe 在，虽然也可使过程进行 得“无限缓慢”，但Pe≠P 。
( ) Wca 0 , Qca
Eca
( ) Eabca Eab Ebc Eca Ebc Eca 0
m CVm T1 T2 7.79 103 J M
Eca Ebc 7.79 10 3 J
23
四、绝热过程
2. 摩尔热容量
1mol 物质，温度升高或降低dT 时, 吸收或放出的 热量为dQ ，则C m dQ 称该物质的摩尔热容量. dT 单位: J/ mol · 。 K 对于m´ 质量理想气体，dQ 为过程量，则有: m ( dQ )P m C Pm dT CP m , 等压摩尔热容量 ( dQ )P M dT
6
为简化问题，只考虑无摩擦准静态过程的功。 当活塞移动微小位移dx时，外力所作的元功为：
dW Fdx Pe Sdx
在该过程中系统对外界作功:
dx
S
dW PSdx PdV
W PdV
V2 V1
P
Pe
系统体积由V1变为V2，系统对外界作的总功为：
dV 0 , W 0 , 系统对外作正功；
2
⑵ 非静态过程
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室温下理论值与实验值的比较
理论值
气 体 He Ar H2 O2 CV / R 1.5 1.5 2.5 2.5 Cp / R 2.5 2.5 3.5 3.5 1.67 1.67 1.40 1.40 CV / R 1.52 1.51 2.46 2.55
实验值
Cp / R 2.52 2.51 3.47 3.56 1.67 1.67 1.41 1.40
解：
A
V2
pdV
p V
V1
pV RT
A R T 598 J
(2) 气体内能的增量ΔE；
解：
Q E A
E
Q A 1 . 00 10 J
3
24
(3) 比热比γ ． 解：
C
p
Q
T
22 . 2
J mol
J m ol
1
K
1
CV C
正循环:系统循环一次 净 功 A净 > 0 净吸热 Q净 = Q1 - Q2
Q1－Q2＝Ａ净
p
Q2
a
b A净 d
Q1
c
Vc V
0
Va
热机：就是在一定条件下，将热转换为功的装置 热机效率
A净 Q1
1
Q2 Q1
高温热源T1 Q1
A净 Q2 低温热源T2
33
与过程有关
三、致冷机
逆循环: 系统循环一次 净 功 A净 < 0 净放热 Q净 = Q1 – Q2
E E 2 E 1 v C V dT
T1 T2
若CV 近似为常数,则有
E CV T
注意：对于理想气体, 公式可适用于任一过程。
19
2. 定压摩尔热容量
Cp ( dQ dT )p
定压过程
dQp = dE+dAp = CV dT+pdV pdV = RdT
pV=RT 微分得
热容量(C) ：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与 温度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量．
C dQ dT
单位是 J/K 热容量与比热的关系为 C=M c比
摩尔热容量(Cm) ：一摩尔物质的热容量叫摩尔热容 量，单位为 J/mol· K．
Cm ( dQ dT ) mol
C M M mol Cm
p
dE=0
dV V
I p1 p2 II V1 V2 V
Q T AT
V2
pdV
V2 V1
V1
V2
vRT
V1
0
Q T RT ln
15
例：有v mol的理想气体，经历如图所示的准静态 过程. 图中p0、V0是已知量，ab是直线，求气体在 该过程中对外界所作的功和所吸收的热量 解：由图知
E M i RT M m ol 2
♦ 热力学的研究方法是独立于统计物理的。 宏观上: 内能是从绝热过程来定义的。
4
二、准静态过程
当热力学系统在外界影响下，从一个状态到 另一个状态的变化过程，称为热力学过程，简称 过程。 始平衡态 一系列 非平衡态 平衡态 末平衡态
准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如 果过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的 过程。 1. 准静态过程是理想化过程
第7章 热 力 学 基 础
§7-1 §7-2 §7-3 §7-4 §7-5 §7-6 §7-7 §7-8 内能 功和热量 准静态过程 热力学第一定律 气体的摩尔热容量 绝热过程 循环过程 卡诺循环 热力学第二定律 卡诺定理 克劳修斯熵 第二定律统计意义 玻尔兹曼熵
1
以观察和实验为依据，从能量的观点 来说明热、功等基本概念，以及他们之间 相互转换的关系和条件。
H2 O
CH4
3
3
4
4
1.33
1.33
3.00
3.16
4.36
4.28
1.45
1.35
在常温下，对单、双原子分子气体理论值与实验 值符合得相当好；对多原子分子气体符合得略差； 在较大的温度范围, 热容与温度有关。
22
例. 下列说法如有错误请改正： (1) 1 mol单原子分子理想气体在定压下温度增 加△T时，内能的增量
且因绝热对外做功 E↓→ T↓→ p↓
29
p3 < p２.
例：一定量的刚性双原子分子的理想气体，处于压强 p1 =10 atm 、温度T1 =500 K的平衡态．后经历一绝热 过程达到压强p2 =5 atm、温度为T2的平衡态．求T2 解：根据绝热过程方程：
p1
1
T1 p 2 T 2
11
对于任一元过程
dQ d E d A
热一定律是反映热现象中能量转化与守恒的定律。 另一种表述：第一类永动机是不可能制成的。 E=0
Q=0
A>0
既要“马儿跑” (A>0)， 又要“马儿不吃草” (Q=0)， 还要“马儿不掉膘” (E=0) 。
12
热力学第一定律适用于任何系统(气液固…)的 任何过程(非准静态过程也适用)。
E C p T 5 2 RT .
答：是错误的, 应改正为：
E CV T
3 2
RΔT
(2)―功，热量和内能都是系统状态的单值函数” 。 答：功和热量均与系统状态变化过程有关， 是过程量，不是系统状态的单值函数。 内能是系统状态的单值函数。
23
例:将1 mol理想气体等压加热，使其温度升高72 K, 传给气体的热量等于1.60×103 J，求： (1) 气体所作的功A；
dQp = CVdT+RdT
C
P
CV R
m
(迈耶公式)
计算热量公式
Q vC
(T 2 T1 )
20
3.比热容比
C
p
CV
或绝热系数 (泊松比)
R R
i R R i 2 R
理想气体
C
p
i 2
C
p
2
i 2 i
Cv
1.67, i=3 的理论值： = 1.40, i=5 1.33, i=6
C
p
R 1 3 .9
1 .6
1
K
1
p
CV
25
§7.4 绝热过程
一、绝热过程
若系统状态变化过程中，系统与外界没有热交换. 特征
dQ 0
dE dA 0
1.绝热方程 对于准静态过程有
vC V dT pdV 0
(1)
微分
pV=vRT
pdV Vdp vRdT
2
1. 热能是重要的能源 2. 掌握自然界的基本规律 热力学第一定律： 能量守恒 热力学第二定律：自然过程的方向 3. 学习唯象的研究方法 （以实验为基础的逻辑推理的研究方法） 4. 建立一重要的概念 熵
3
§7.1 内能 功和热量 准静态过程 一、内能
♦分子动理论: 微观上: 内能是指分子的热运动动能和分子势 能之总和 内能是状态量: 理想气体内能: E = E(T,V )
A
dl p S
p1 p
a
V2
pdV
p2 O V1
b
V dV V2
8
V1
• 功是系统与外界交换的能量的量度 • 作功改变热力学系统状态的微观实质：
分子规则 运动的能量
碰撞 分子无规则 运动的能量
2. 热量 由于温度差而传递的能量。也是过程量。 • 热量也是能量变化的量度
• 传热的微观本质是
分子无规则 运动的能量 分子无规则 运动的能量 高温→低温
1
=常量
可得
T 2 T1 (
p1 p2
1
)
刚性双原子分子 =1.4 代入上式并代入题给数据，得 T2 =410 K
30
例. PV = 常量的方程（式中 为比热容比）是否可 用于理想气体自由膨胀的过程？为什么？
答：pV = 常量的方程不适用于理想气体自由 膨胀的过程． 这是因为：该方程只适用于准静态绝热过程， 而理想气体的自由膨胀过程虽然是绝热的，但 并非准静态的．
dE dA 0
vC V dT pdV 0
31
§7.5 循环过程 卡诺循环 一、循环过程
特点: ΔE＝0 准静态循环在p—V图上是一条封闭曲线
p
a
b
A净 c
Vc V
p
a d
b A净 c
p a c Vc V 0 b V
d 0
Va
0
Va
正循环: Ａ净 >0
逆循环: Ａ净 <0
32
二、热机的效率
9
碰撞
• 准静态过程中热量的计算 热容法 利用热力学第一定律
总之，使系统的状态改变，传热和作 功是等效的。
10
§7.2 热力学第一定律
一、热力学第一定律
状态1
E1
A Q
E2 状态2
实验结果：对于任一过程
Q ＝ΔE + A 符号规定:
热力学第一定律
系统吸热 Q > 0 系统内能增加 E > 0 系统对外界作功 A> 0
得
(2)
26
由(1)和(2)消去vdT
C P pdV C V Vdp 0
dp p dV V 0 dV V 0
得
dp p
ln p ln V C
ln pV
C
pV
TV