热力学第一定律应用
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1 基本要求
1.1 熟悉热力学的一些基本概念,如系统与环境、状态与性质、状态函数、热和功及过程与途径等。
1.2 熟悉热力学第一定律及热力学能的概念。掌握热和功只有在系统与环境间有能量交换时才有意义。
1.3 掌握状态函数的概念和特性,掌握热力学能和焓都是状态函数。
1.4 熟悉准静态过程与可逆过程的意义和特点。
1.5 掌握热力学第一定律的各种计算方法,如计算理想气体在等温、等压及绝热等过程中的Q、W、U和H。
1.6 了解节流膨胀的概念和意义。
1.7 掌握应用赫斯定律、生成焓及燃烧焓计算反应热的方法。
1.8 了解溶解热及稀释热的定义和概念。
1.9 熟悉反应热与温度的关系,并能应用基尔霍夫定律求算各种温度下的反应热。
2 重点难点
2.1 重点:
(1)热力学基本概念,如状态与性质、状态函数、热和功,可逆过程等。
(2)热力学第一定律及热力学能的概念。
(3)各种过程Q、W、U和H的计算方法。
(4)化学反应热效应的定义和计算方法
2.2 难点
(1)状态函数、热和功、可逆过程概念和意义、理想气体绝热过程。
(2)理想气体各种过程Q、W、U和H的计算方法。
3 讲授学时 [TOP]
建议8~10学时
4 内容提要 [TOP] 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
4.1 第一节 热力学概论 2 4.1.1 热力学和化学热力学研究的基本内容
热力学是研究宏观系统在能量转换过程中所遵循的规律的科学。化学热力学主要研究的内容是:应用热力学第一定律来研究和解决化学变化及相变化中的热效应问题,即热化学;应用热力学第二定律来解决化学和物理变化的方向和限度问题,以及化学平衡和相平衡中的有关问题。化学热力学在药学的生产实践和科学研究中都具有重大的指导作用。
热力学第一定律及其应用
------对理想气体的应用
摘要:热力学第一定律是人们生产的理论基础,在此简要叙述热力学第一定律的相关概念及等温,等容,等压,绝热四个过程中功与能量的转化。
关键词:定义 等温 等容 等压 绝热
热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期,在长期生产实践和大量科学实验的基础上,它才以科学定律的形式被确立起来。直到今天,不但没有发现违反这一定律的事实,相反的,大量新的实践不断地证明这一定律的正确性,扩充着它的实践基础,丰富着它所概括的内容。
从1840—1879年,焦耳用大量的、精确的科学实验结果论证了机械能和电能与热能之间的转化关系,他在各种实验中测定的热功当量数值的一致性,给能量转化和守恒定律奠定了不可动摇的基础。然而,应该指出的是,在十八世纪末和十九世纪,许多国家的科学家都对这一定律的建立作出了一定的贡献。这是由于当时的历史条件所决定的。十八世纪初,纽可门制作的大规模把热变为机械能的蒸汽机已在英国煤矿和金属矿使用。十八世纪后半叶,由瓦特作了重大改进的蒸汽机在英国炼铁业、纺织业广泛采用。对热机效率以及机器中的摩擦生热问题的研究,大大促进了人们对于能量转化规律的认识。与此同时,在其他领域内,也分别地发现了各种运动形式之间的相互联系和转化。如1800年伏打化学电池的发明;1834年法拉第点解定律的发现;1820年奥斯特发现电流的磁效应;1831年法拉第发现电磁感应现象1822年塞贝克发现热电动势并制作出热电源;1840年焦耳发现电流热效应方面的焦耳定律;1840年法拉第还发现了光的偏振面磁致旋转现象。所有这些,都使各种运动形式间相互联系和相互转化的辩证关系被充分地揭示出来。正是在这种历史条件下,医生迈尔于1842年曾列举了25种相互转化的形式,并从空气的定压比热与定容比热之差算出了热功当量。最后,由于焦耳的长期工作,建立了大量可靠的实验资料,能量转化和守恒定律才最终巩固地建立起来。
四、计算题(共15小题,每小题18.0分,共270分)
1.如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480 K.求:
(1)气体在状态C的温度;
(2)试分析从状态A变化到状态B的整个过程中,气体是从外界吸收热量还是放出热量.吸收或者放出的热量为多少?
2.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C,其中A→B过程为等压变化,B→C过程为等容变化.已知VA=0.3 m3,TA=TC=300 K,TB=400 K.
(1)求气体在状态B时的体积;
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因;
(3)设A→B过程气体吸收的热量为Q1,B→C过程气体放出的热量为Q2,比较Q1、Q2的大小并说明原因.
3.一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示,气体在状态A时的压强p0=1.0×105Pa,线段AB与V轴平行.
(1)求状态B时的压强为多大?
(2)气体从状态A变化到状态B过程中,对外界做的功为10 J,求该过程中气体吸收的热量为多少?
4.如图所示,在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体,活塞与容器壁间能无摩擦滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底的距离为h0,当气体从外界吸收热量Q后,活塞缓慢上升d后再次平衡,求:
(1)外界空气的温度是多少?
(2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少?
5.如图所示,横截面积S=10 cm2的活塞,将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的圆柱形导热汽缸内,开始活塞与汽缸底部距离H=30 cm.在活塞上放一重物,待整个系统稳定后.测得活塞与汽缸底部距离变为h=25 cm.已知外界大气压强始终为p0=1×105Pa,不计活塞质量及其与汽缸之间的摩擦,取g=10 m/s2.求:
目 录
摘 要 ......................................................................................................................... 1
关键字 ......................................................................................................................... 1
Abstract: ......................................................................................... 错误!未定义书签。
Key words ....................................................................................... 错误!未定义书签。
引言 .............................................................................................................................. 1
1.热力学第一定律的产生 ................................................................................. 1
1.1历史渊源与科学背景 ..................................................................................... 1