化工热力学 基本量(时间、长度、质量、力)的定义 第一章1.3
第一章 基础化工热力学篇-第一第二讲
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Q Qi
Q ——体系总的热流速率 Q ——第i个热流口的热流率
i
能量衡算方程:
③功流 轴功: Ws -是体系界面无形变时产生的机械能流。 功率: Ws
W 体积功: F -由于体系边界的转移也能产生功。 功 率:
1.5势函数和响应函数
一、热力学势 1、内能(internal energy) 内能是指物质内部分子的能量,包括两部分: { 1.分子的永不停息的运动(动能)
2.分子间力(势能)
2、焓(entralpy) 定义:H≡U+PV 焓是由内能加上由于力学耦合而引起的能量得到的。 对流动过程能量平衡:Q=nΔH,应用于热交换 器、蒸发器、精馏塔、泵、压缩机、透平机等。
E入、E出:进出体系的能量速率
(1.6)
能量衡算方程:
① 能流 当一流体微元进入或离开体系时,必然携带 其内能、动能和位能一起流动。 能流速率:
~ M i (U v 2 / 2 ) i
i 1 n
(1.7)
~ ——i个物流单位质量的内能 U M i ——其质量流率
能量衡算方程:
②熵变速率 一个对热流和功流敞开的体系,引起体系熵 变的是热流而不是功流,熵变速率可写为
Q T
③生成熵的速率
S gen
熵衡算方程:
体系熵流的总速率可表示为:
n dS ~ S QS Mi i gen dt i 1 T
①对于封闭体系
dS Q S gen dt T
工程热力学:研究热能与机械能之间转换的规律和 方法以及提高能量转换效率的途径。 化学热力学:将热力学理论和化学现象相结合,用 热力学的定律、原理、方法来研究物质的热性质、 化学过程及物理变化实现的可能性、方向性及进行 限度等问题。 化工热力学:集化学热力学和工程热力学的大成, 既要解决化学问题,又要解决工程问题。
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绪
论
总目录
本章目录
热力学与机械工程结合 工程热力学 【讨论能量转换规律,并结合锅炉、蒸汽机、冷冻机等得出 一些数量的定量关系】
热力学与化学的结合 化学热力学 【在热力学内容中补充化合物及化学变化的特点,又增加了 气液溶液及化学反应的内容】 热力学与化学工程的结合 化工热力学 【主要侧重于工程计算。它既能解决能量的利用问题又强 调了组成变化的规律,要确定反应物与产物的化学平衡组成 规律,更要解决各种相平衡问题,即温度、压力与各相组成 分布的规律】
⑵强度性质与容量性质 解释:与系统的物质量无关的性质称为强度性质,如系 统的温度T、压力P等。反之,与系统中物质量的多少有关 的性质称为容量性质,如系统的总体积Vt、总内能Ut等。 单位质量的容量性质即为强度性质。 相律: 南大物理化学教材说法: 在保持体系相的数目不变的条件下,体系能够独立改变 的强度性质的数目,称自由度。 天津大学物理化学教材说法: 能够维持系统原有相数而可以独立改变的变量(可以是温度 压力和表示某一相组成的某些物质的相对含量)叫做自由度 数。
低压下所有真实气体行为趋近于理想气体行为。 理想气体的恒压摩尔热容只与温度有关故称真实气体 低压恒压热容为理想气体状态恒压热容。 这个概念至关重要。
绪 论
总目录 本章目录
本章作业 本章要求: 理解相律及意义 熟悉基本概念的含意 熟悉热力学性质计算的一般方法及原因
绪
论
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绪 论
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在一定条件下,液态水:液态水与水蒸汽平衡共存:液 态水、水蒸汽与冰平衡共存: 在一定条件下,苯与甲苯汽液平衡共存 系统的状态是由系统的强度性质所决定的。 将确定系统所需要的强度性质的数目称为独立变量,其 数目可从相律计算。
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第一章 绪 论
(2)判断过程进行的方向和限度 建立在热力学第二定律上的一些热力学函数(ΔS 、ΔG等)是判定 过程进行方向与限度、确定平衡状态的依据。而在化工单元操作及反应 器设计中,平衡状态的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据的求 取均是不可少的内容。 (3)研究化工过程能量的有效利用 化工生产要消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的 燃料,而且是生产一些重要化工产品的原料。近年来的能源紧张,如何 有效利用能量的问题显得突出。 利用热力学的基本原理,对化工过程进行热力学分析,是热力学近 三十年来最重要的进展。计算各种热力过程的理想功、损耗功、有效能 等,找出可以节能而没有节能的环节和设备,然后采取措施,达到节能 的目的。这对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。近 来,能源紧张问题更显突出,故在流程选择、设备设计中往往以节能为 目标函数进行优化,为了节能,宁可增加设备(即初始投资)。
原化肥厂的AMⅤ合成氨工艺,能耗从常规的900 Gcal/t
氨降到590Gcal/t 氨。其在过程中采取了一系列的节能措 施,包括热泵(Heat Pump)系统。
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第一章 绪 论
(4)热力学数据与物性数据的研究
热力学把研究的对象称为体系( System ), 与研究 对象有密切联系的周围称为环境(Surrounding)。描述体 系处于一定状态是用一系列的宏观热力学性质(如T、P、 Cp、H、S、G 等)表示。上述三个问题的解决离不开热
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第一章 绪 论
热力学的分支
⑴工程热力学:十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学,工 程热力学主要研究功热转换,以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学:化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问 题,这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理,许多 化学现象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算, 主要是H、S、U、F 和G 的计算。 ⑶化工热力学:研究在化学工程中的热力学问题,化工热力学具有化学热 力学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题,又要研究解 决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。 不管是工程热力学、化学热力学还是化工热力学,它们都属于经典热 力学。经典热力学的局限性在于只考察体系的宏观性质,而不过问体系的 微观行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。 ⑷统计热力学:统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科,它从微观角度出 发,例如采用配分函数,研究过程的热现象。但用统计热力学研究出来的 结果与实际结果还有一段距离,还需要进一步去完善。
化工热力学第1章绪论-热力学
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微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题,预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发,建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质;
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了;热力学证明是可以行通的事情,
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa)
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律:能量守恒定律
• 热力学第二定律:熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题,化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题,又要研究解决相际之间质量传递
化工热力学的教学课件
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机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功(环境对体系做功)为正值,体系所失
的功(对环境做功)为负值。功不是体系的性
质,不是状态函数,而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
(3)热:从经验知道,一个热的物体和一个冷的
1593年:伽利略制造出第一只温度计
1784年:有了比热的概念
18世纪末:证明了热不是一种物质
1824年:卡诺提出了理想热机的设想
1738年:伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年:焦耳测定了热功当量
第一章 绪 论
——化工热力学的发展简史
1850年:克劳休斯证明了热机效率,提出了热力学第
物体相接触,冷的变热了,而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着,人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后,其贮
存的不是热,而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨,而把内能比作池中的水,
当体系吸热而变为其内能时,犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值,放热取负值。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
G等)表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章 绪 论
——化工热力学的主要研究内容
提供热力学数据与物性数据:
但是,热力学的有效应用(如过程模
拟与放大),往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计,现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的
化工热力学-第一章
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四、热力学的研究方法
抽象的、 方法来处理 (2)利用抽象的、概括的、理想的方法来处理 )利用抽象的 概括的、理想的方法 问题,当用于实际时,加以修正。 问题,当用于实际时,加以修正。
如:理想气体 实际气体 剩余性质 超额性质 PV=RT PV=Z PV=ZRT =M- 实际的MR=M-M*=实际的-理想的 (气体) 气体)
=M实际的-理想的(液体) ME=M-Mid=实际的-理想的(液体)
修正项: , , 修正项:Z,MR,ME
五、学习化工热力学的目的、要求 学习化工热力学的目的、
1.目的 两个) 1.目的 ( 两个) (1)了解化工热力学的基本内容 (2)提高利用化工热力学的观点、方法来 提高利用化工热力学的观点、 分析、解决化工生产、工程设计、 分析、解决化工生产、工程设计、科学研究中 有关实际问题的能力。 有关实际问题的能力。
2.热力学的分支 2.热力学的分支
(1)工程热力学(Engineering 工程热力学( Thermodynamics) Thermodynamics) 主要研究功、热转化, 主要研究功、热转化,以及能量利用率的 高低。 高低。 Thermodynamics) (2)化学热力学(Chemical Thermodynamics) 化学热力学( 应用热力学原理研究有关化学中各类平 衡问题。 衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算,主要是H 主要侧重于热力学函数的计算,主要是H、 的计算。 S、U、 F和G的计算。
工程热力学 化学热力学 化工热力学 经典热力学
3.化工热力学在化学工程中的地位 3.化工热力学在化学工程中的地位
原料 反应 反应工程 分离提纯 分离工程 产品
工艺学
化工动力学 催化工程
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化工热力学第一章课件PPT
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1798年,英国物理学家和政治学家Benjamin Thompson (1753-1814)通过跑堂钻孔实验开始对功转 换为热进行定量研究。 1799年,英国化学家Humphry Davy (1778-1829) 通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
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绪论
法国工程师 Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循 环以解析图的形式表示出来,并用卡诺原理研 究了气液平衡, 导出了克拉佩隆方程。
dp H dT T V
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1843-1848年, 英国酿酒商 Joule 用焦耳实验论述了能量守恒和转 化定律。焦耳的热功当量实验室 热力学第一定律的实验基础。
p2 40310 1 1 ln ( ) 101.3 8.314 418 303
p2 1.24kPa
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第一章
绪论
教材和参考书
1 陈钟秀,顾飞燕. 化工热力学, 第三版. 北京:化学工业出版社 2 金克新,赵传钧,马沛生.化工 热力学,天津:天津大学出版社 3 高光华,于养信. 化工热力学—基本内容、习 题详解和计算程序. 北京:清华大学出版社
Clausius (1822 - 1888)
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1851 年,英国物理学家 Kelvin 指出:
不可能从单一热源取热使之完全变为有用功 而不产生其他影响。 这是热力学第二定律的另一种说法。
Kelvin (1824-l907)
化工热力学-第1-2章
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2.1 引言
热力学性质的计算需要流体最基本的性质 流体最基本的性质: (1)P、V、T、组成和热容数据; (2)热数据(标准生成焓和标准生成熵等) 积累了大量纯物质及其混合物的P-V-T数据 大部分纯物质的临界参数、正常沸点、饱 和蒸汽压的基础数据
2.2 纯物质的 –V –T相图 纯物质的p 相图
第一章 绪论
主要任务: 主要任务:是运用经典热力学原理解决
(1)过程进行的可行性分析和能量有效利用; )过程进行的可行性分析和能量有效利用; (2)平衡问题,特别是相平衡; )平衡问题,特别是相平衡; (3)平衡状态下的热力学性质计算。 )平衡状态下的热力学性质计算。 (4)热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来; 热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来; 热力学性质与压力 V=V(T,P) ( , ) M=M(T,P) M=U,H,A,G,Cp,…… ( , ) , , , , , (5)检验实验数据质量 )
有穿过相界面,这个变化过程是渐变的过程, 即从液体到流体或从气体到流体都是渐变的 过程,不存在突发的相变。超临界流体的性质
B
非常特殊,既不同于液体,又不同于气体,它 的密度接近于液体,而传递性质则接近于气 体,可作为特殊的萃取溶剂和反应介质。近些 年来, 利用超临界流体特殊性质开发的超临界 分离技术和反应技术成为引人注目的热点。
第一章 绪论
1.5 热力学性质计算的一般方法
[例题 例题1-1] 计算例图1-1所示的纯流体单相区的强度性质M的变 例题
化量.系统从(T1,p1)的初态变化至(T2,p2)的终态。
解决问题的一般步骤: P (1)变量分析 M=(T,P) (T2,p2) (2)将热力学性质与能直接测量的P-V-T 性质和理想气体热容Cpig联系起来 △M=M(T2,p2)-M (T1,p1) (T1,p1) ig(T ,p )] =[M(T2,p2)-M 2 0 T - [M(T1,p1)-M ig(T1,p0)] 例图1-1 均相纯物质的 均相纯物质的P-T图 例图 图 + [M ig (T2,p0)-M ig(T1,p0)] (3)引入表达系统特性的模型 (4)数学求解
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(2)RK方程 RK方程是1949年建立的。 形式
RT a/ T p V b V (V b)
其中的方程常数与vdw方程常数的导出方法类似,与纯物质 的临界参数的关系为
R 2Tc2.5 a 0.42748 pc RTc b 0.08664 pc
RK方程的的特点:与vdw方程相比,其Zc(等于1/3)较 小,故预测流体性质的准确度提高了,但是,对液相P-VT关系的描述准确度还不够高。 (3)Soave-Redilich-Kwong(SRK)方程 1972年,Soave修正了RK方程中常数a,使a不仅与临界参 数有关,还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联,建立 了SRK方程。 形式
第二章 流体的P-V-T性质
2.1 引言 1)用途:用流体的P-V-T性质,结合一定的热力学原理式, 可以推算更有用的性质M。这是流体的P-V-T性质的最重 要的用途之一,所以流体的P-V-T性质的研究是重要的基 础工作。 2)获得方法:流体的P-V-T性质的获得,主要通过两种方 法:一是实验测定,存在种种弊端 。虽然至今已经积累 了大量的纯物质及其混合物的P-V-T数据,如水、空气、 氨等,但是实验测定不具有普遍性,如费时、费力又耗 资;测定所有流体的P-V-T数据显然是不现实的,离散的 数据点不便于进行数学处理,难以采用理论的方法获得 数据点以外的或其它的热力学性质;二是用流体的临界 参数、正常沸点、饱和蒸气压等基础数据来预测流体的 P-V-T性质。这是具有实际意义的工作,因为绝大多数的 纯流体的上述基础数据能够在有关手册中查到, 这正是本 章要讨论的,
模型:经典热力学原理必须与反映系统特征的模型相结合, 才能解决实际问题。因为它只表示了上述两类热力学性质 之间的普遍依赖关系,并不因具体系统而异。具体系统的 这种关系还要由此系统的特征来决定,这种特征在实际应 用过程中,常采用半经验模型来表达。本书涉及到的半经 验模型主要有两种,一是状态方程(EOS),可以表示为 P = P(T、V、a、b,…) 二是活度系数模型,可以表示为
化工热力学第一章
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δQ
2 积分:
∆y = ∫
A
B
∑ C dx
i i
i
只取决于A,B的状态,而与路径无关,沿任一路径封闭积分
∫ ∑ C dx
i i
i
= 0 例:
δQ = dU + δW
∫ δQ = ∫ dU + ∫ δW
即循环热=循环功
由于
P
∫ dU = 0 所以
+ P
∫ δQ = ∫ δW
+ -
dV f 0, 膨胀 dV p 0, 压缩
三、热力学处理的问题 Ⅰ类:与过程有关,体系自身的变化,体系与环境 的能力交换。 Ⅱ类:建立一些列热力学平衡性质,由此建立热力 学微分方程 由热力学第一、第二定律,及只做膨胀功:
dU = δQ + δW
δQ = TdS
δW = − PdV
及: H = U + PV
G = H − TS
dH = dU + PdV + VdP
dU = TdS -PdV + µdN
有
2 −1 = 7
3
个特性函数:
ψ1 = U + PV = H
ψ 2 = U-TS = F
ψ 3 = U-µN
ψ 4 = U + PV-TS = H-TS = G
ψ 5 = U + PV-µV = H − µdG = dH − TdS − SdT
dF = dU − TdS − SdT
F = U − TS
可得:热力学基本关联式:
dU = TdS − PdV
dH = TdS + VdP dF = − PdV − SdT dG = VdP − SdT
化工热力学基本概念和重点
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第一章热力学第一定律及其应用本章内容:* 介绍有关热力学第一定律的一些基本概念,热、功、状态函数,热力学第一定律、热力学能和焓,明确准静态过程与可逆过程的意义,进一步介绍热化学。
第一节热力学概论* 热力学研究的目的、内容* 热力学的方法及局限性* 热力学基本概念一.热力学研究的目的和内容目的:热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。
内容:热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。
其中第一、第二定律是热力学的主要基础。
一.热力学研究的目的和内容把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象,称为化学热力学。
化学热力学的主要内容是:* 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题;* 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题,建立相平衡、化学平衡理论;* 利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。
二、热力学的方法及局限性方法:以热力学第一定律和第二定律为基础,演绎出有特定用途的状态函数,通过计算某变化过程的有关状态函数改变值,来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。
而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质,并不涉及物质结构和变化的细节。
二、热力学的方法及局限性优点:* 研究对象是大数量分子的集合体,研究宏观性质,所得结论具有统计意义。
* 只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结构和反应机理,简化了处理方法。
二、热力学的方法及局限性局限性:* 只考虑变化前后的净结果,只能对现象之间的联系作宏观的了解,而不能作微观的说明或给出宏观性质的数据。
例如:热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系,但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。
* 只讲可能性,不讲现实性,不知道反应的机理、速率。
三、热力学中的一些基本概念* 系统与环境系统:用热力学方法研究问题时,首先要确定研究的对象,将所研究的一部分物质或空间,从其余的物质或空间中划分出来,这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
化工热力学-第1章 绪论-36-G概要
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第一章 绪论
1.6 化工热力学基本概念回顾
系统的宏观性质 强度性质:与构成系统的物质量无关。如:T、P等。 容量性质:与系统中物质量有关。如:V、U、H、S等。
2018/10/25
4
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”?
“火力提水”
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提
水机,两个蛋形容器交替工作,依靠真空的 吸力汲水。 缺点:汲水深度不超过6米
2018/10/25
5
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”?
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关物性间 相互关系的科学
热力学(thermodynamics):热(thermo)+动力(dynamics)
原始含义:热功相互转化的规律 由热产生动力,反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始,随着蒸汽机在生产中的 广泛使用,如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的 研究课题。
2018/10/25
25
第一章 绪论
1.5 本课程内容及要求
给出 物质 的有 效利 用极 限
第二章流体的PVT关系
(P-V-T,EOS)
( pyi ˆi v
第五章相平衡
pi si s ri xi)
第三章纯流体的热 力学性质
(EOS+Cp H U S)
第五章化工过程能量 分析
(H,S,W,Ex)
绿色工艺 产品质量好 产品收率高 成本低
20
1.3 化工热力学地位及作用 1.3.2 化工热力学地位 第六级:过程优化
化工热力学第一章课件资料
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第四页,共38页。
第五页,共38页。
教材和参考书
第六页,共38页。
教学内容
Chap 1 绪论
Chap 2 流体的PVT关系:状态方程式
Chap 3 纯流体的热力学性质计算
Chap 4 热力学第一定律及其应用
Chap 5 热力循环-热力学第二定律及其应用
Chap 6 化工过程热力学分析
你关心的问题和疑问
v 我要赚大钱!
v 到底是出国、考研还是工作?
v 化学工程与工艺专业不是我喜欢的专业!我想做律师、
公务员、做贸易!
v 我忙着考证将来找个好工作!
v 所有的课程我都不感兴趣!所以我忙着玩游戏!但我心
里也虚,不知怎么办?
v 化学工程是夕阳工业么?
第一页,共38页。
国家和全球关心的问题
种能量的相互转化和有效利用,研究各种物理和化学变化过程中
达到平衡的理论极限、条件和状态。
– 它是化学工程学的一个重要组成部分,是化工过程开发、设计
和生产的重要理论依据。
Energy(能量)
Entropy(熵)
四个“E”
Equilibrium(平衡)
Chemical Engineering(化学工程)
♥ 化工是耗能大户,仅次于冶金。
第十页,共38页。
降低资源消耗
♠ 2003年,中国消耗了全球总产量30%的主要能源和原材料,创
造的GDP仅占世界的4%。
♠ 如果按每1美元生产总值能耗,我国比发达国家能耗高4~5倍。
♠ 目前,美国每万美元耗水为514m3,日本208m3,中国5045m3, 是
发达国家的8~20倍。
– 从局部的实验数据加半经验模型推算系统完整的信息
化工热力学基本概念和重点讲课稿
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化工热力学基本概念和重点第一章热力学第一定律及其应用本章内容:*介绍有关热力学第一定律的一些基本概念,热、功、状态函数,热力学第一定律、热力学能和焓,明确准静态过程与可逆过程的意义,进一步介绍热化学。
第一节热力学概论*热力学研究的目的、内容*热力学的方法及局限性*热力学基本概念一.热力学研究的目的和内容目的:热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。
内容:热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。
其中第一、第二定律是热力学的主要基础。
一.热力学研究的目的和内容把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象,称为化学热力学。
化学热力学的主要内容是:*利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题;*利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题,建立相平衡、化学平衡理论;*利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。
二、热力学的方法及局限性方法:以热力学第一定律和第二定律为基础,演绎出有特定用途的状态函数,通过计算某变化过程的有关状态函数改变值,来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。
而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质,并不涉及物质结构和变化的细节。
二、热力学的方法及局限性优点:*研究对象是大数量分子的集合体,研究宏观性质,所得结论具有统计意义。
*只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结构和反应机理,简化了处理方法。
二、热力学的方法及局限性局限性:*只考虑变化前后的净结果,只能对现象之间的联系作宏观的了解,而不能作微观的说明或给出宏观性质的数据。
例如:热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系,但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。
*只讲可能性,不讲现实性,不知道反应的机理、速率。
三、热力学中的一些基本概念*系统与环境系统:用热力学方法研究问题时,首先要确定研究的对象,将所研究的一部分物质或空间,从其余的物质或空间中划分出来,这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
精品课件!《化工热力学》_第一章(1)
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化工热力学
Hale Waihona Puke 第一章绪论1、化学热力学: 将热力学理论和化学现象相结合。 研究热能与机械能之间转换规律及 2、工程热力学: 热力学 在工程中应用。 Energy 三个“E” 3、化工热力学:四个“E”。 除前三个外还有化学工程: Chemical Engineering 四川理工学院 材化学院 Entropy Equilibrium
1913年能斯脱补充了关于绝对零度的定律,称为热力 学第三定律。
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化工热力学
第一章
绪论
热力学的研究范围:
研究与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。 预言物质状态变化的趋势。 研究伴有热效应体系的平衡。 利用热力学定律的数学表达式,采用演绎的方法得到 大量的公式,解决范围广泛的实际问题和理论问题。 热力学: 研究能量、能量转换以及转换有关的物性关系的科学。
局限:
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化工热力学
第一章
绪论
统计热力学 采用微观研究方法,通过配分函数的 概念,在大量粒子群的统计性质基础上,从根本上 观察和分析问题,预测与解释平衡情况下物质的宏 观特性。
局限:对物质结构必须采用一些假设的模型,这 些假设模型只是物质实际结构的近似描写。
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化工热力学
化工热力学
第一章
绪论
热力学的研究方法
经典热力学 宏观研究方法 微观研究方法
热力学
统计热力学
经典热力学只研究宏观量(温度、压力、密度等)之间的关 系。把组成物质的大量分子、原子等微观粒子作为一个整体,用 宏观物理量来描述它的状态,以宏观观点研究物质之间的相互作 用。不研究物质内部微观粒子的运动,而是通过大量宏观现象的 直接观察与实验,总结出带普遍性的规律,即热力学基本定律, 再从定律出发推理得到一切 结论。因此具有普遍性和可靠性。 由于不研究物质的结构与变化过程的细节,使之建立的 宏观理论不能解释现象的本质及其发生的内部原因,对过程变 化的速率无法预测。
化工热力学知识点总结思维导图
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化工热力学知识点总结思维导图化工工程是涉及化学反应、热传递、质量转移等许多学科的交叉学科。
在这个复杂的过程中,热力学是一个非常重要的学科,它研究了化学反应、物质转化过程中的能量关系。
热力学在化工工程中有着广泛的应用,涉及到反应过程的热力学性质、热力学分析和计算等方面。
本文将对化工热力学知识点进行总结,并提供一份简洁的思维导图。
第一部分:基本概念1.1 热力学系统定义:热力学所研究的任何物体或物质都称为系统。
分类:封闭系统、开放系统、孤立系统。
1.2 状态量定义:用于描述系统状态的量,如压力、温度、体积、物质的量等。
分类:广延量、强度量、定量量、自由量、参量等。
1.3 热力学过程定义:由一个状态变化到另一个状态的过程称为热力学过程。
分类:可逆过程、不可逆过程、等压过程等。
1.4 热力学第一定律定义:能量守恒定律。
公式:ΔU=Q-W解释:U代表系统内能,Q代表热量,W代表功。
第二部分:热力学计算2.1 热力学平衡定义:系统属性、热力学状态处于平衡状态的条件称为热力学平衡。
条件:熵最大、内能最小。
2.2 热力学计算公式:ΔG=ΔH-TΔS解释:G代表吉泽自由能,H代表焓,S代表熵。
2.3 热力学逆过程定义:系统在平衡状态下,由外界施加的微小变化。
公式:dS/dt=Q/T第三部分:化学反应3.1 化学反应热力学性质定义:化学反应在热力学上可以由焓和熵来描述。
公式:ΔH=ΔHp-ΔHr解释:Hp代表生成热,Hr代表反应热。
3.2 变温变压等热力学性质计算公式:(ΔG/ΔT)p=ΔH/ΔT-V(ΔS/ΔT)(ΔG/ΔP)p=V(ΔS/ΔP)-ΔV/ΔP解释:ΔG代表自由能变化量,ΔH代表焓变化量,ΔS代表熵变化量,ΔV代表体积变化量。
第四部分:区域综合4.1 热力学循环定义:通过吸收和放出热量,沿固定的轨迹完成气态、液态和固态之间的相互转换的过程。
条件:热机循环和制冷循环。
4.2 活动热力学定义:在非平衡状态下,化学势是描述物质转移的最适宜量。
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1-6 Force……………………………………….….difinition of Newton
In SI units the Newton is defined so a
s to make gc unity. Thus by Eq.(1-1)
1( N
)
1(Kg
)
1(m) gc
/(s)
2
and
gc 1(Kg)(m) /(N )(s)2
1-2 Fundamental Quantities……………………………….introduction
The universally recognized standard is the Int ernational System of Units ( 国际单位制 ) (a bbreviate SI, for System International) establ ished by the General Conference of Weights and Measures ( 国际计量大会 ) upon recom mendation by the International Committee of Weights and Measures ( 国际计量委员会 ) . Other systems of units, such as the English s ystem, are related to the SI units through fixe d conversion factors.
There are a number of fundamental or primi tive concepts, recognized through our sense p erceptions ( 通过感观认知 ) that form the ba sis for all physical measurements. Among the se are time, length, mass, force, and temperat ure, which may be regarded as primary dime
1-4 Length
The fundamental unit of length l is th e meter, symbol (m), defined in term s of ( 根据 ) the wavelength of orang e-red light from krypton 86 ( 氪 86). ( The English unit, foot (ft), is defi ned as 0.3048 (m). )
nsions( 基本度量 ). For each of these there
must be established an arbitrary scale of mea sure ( 主观的度量标度 ), which is divided in to specific units of size ( 将其大小分成特定 单位 ) .
1-3 Time
1-3 Time
The fundamental unit of time is the seco nd, symbol (s), and until 1967 its definiti on was based on the earth’s motion. The present definition employs an atomic stan dard, and is based on an invariant ( 不变 的 ) property of cesium133 ( 铯 133).
1-6 Force
Definition of Newton Distinction between weight and mass Examples Questions
1-6 Force……………………………………….….difinition of Newton
The fundamental unit of force F is the Newton, symbol (N). It is the force which when applied to a one-kilogram mass will produce an acceleration of one meter per second per second.
1-2 Fundamental Quantities
1-2 Introduction 1-3 Time 1-4 Length 1-5 Mass 1-6 Force 1-7 Temperature
1-2 Fundamental Quantities……………………………….introduction
Example 1-2 A spring scale is calibrated ( 校 准 , 标定 ) so as to read kilograms mass at a location where the acceleration of gravity has its standard value of 9.8(m)/(s)2. If the s cale is used at a place where the acceleratio n of gravity is 9.818(m)/(s)2, what is the ma ss of an object which weighs 6.804(kg) acc ording to this scale?
1-6 Force……………………………………….….difinition of Newton
This definition is based on Newton’s se
cond law of motion, which expresses th
e proportionality between force F and t
1-6 Force……………………………………………….….….difference
Moreover, the use of a balance( 天平 ) t o compare masses is frequently called w eighting( 用天平比较质量大小时叫称 量 ). Thus, one must learn to recognize whether force or mass is meant when th e word weight is used in a casual or info rmal way ( 我们必须学会当随便与非 正式地使用重量这个词时,要能够判 别其意是指力或质量 ).
F ma
1-6 Force…………………………………………………..….difference
The term weight is properly used to indic ate the force of gravity on a body, whereas mass designates the quantity of matter in a body ( 重量一词是专门表示作用在物体 上的重力,而质量则表示物体的质量 ) . This distinction is not always made, howe ver, and standards of mass are often referr ed to as ( 看作 ) weights.
1-6 Force……………………………………….….difinition of Newton
The units of gc may be viewed in two w ays. If the Newton is regarded as an ind ependent unit, gc has the units just given . However, if the Newton is regarded m erely as an abbreviation for the composi te unit ( ㎏ )(m)/(s)2, then gc is consider ed unitless ( 无单位,无量纲 ), and Eq .(1-1) may be written:
1-5 Mass
1-5 Mass
The fundamental unit of mass m is the kil ogram, symbol( ㎏ ). The primary ( 原始 的 ) standard is a cylinder of platinum-iridi um alloy ( 铂铱合金 ) kept at the Internati onal Bureau of Weights and Measures at S evers, near Paris, France. In the English sy stem the pound mass (lbm) is defined as 0. 4535923( ㎏ ).
he product ( 乘积 ) of mass m and acce