热力学gydF4y2Ba

热力学的应用gydF4y2Ba

工作gydF4y2Ba

在本节中，我们将只关注机械功，即压力-体积功。gydF4y2Ba

假设有一个圆柱体，里面有1mol的理想气体。汽缸装有一个活塞。气体的总体积是VgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba内部气体的压强为p。如果外部压强为pgydF4y2Ba_{前女友gydF4y2Ba})大于p，活塞将向内运动，直到内部压力等于pgydF4y2Ba_{前女友gydF4y2Ba}．让我们假设这个变化是在一个步骤中实现的，最终体积为VgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba．在压缩过程中，活塞移动距离为l，活塞的横截面面积为a。gydF4y2Ba

音量变化' =l×A=ΔV=V_f-V_i 'gydF4y2Ba

我们知道压强=力÷面积gydF4y2Ba

或者，力=压力×面积gydF4y2Ba

所以作用在活塞上的力= pgydF4y2Ba_{前女友gydF4y2Ba}．一个gydF4y2Ba

我们还知道功=力×位移gydF4y2Ba

所以,' w = p_ex××l 'gydF4y2Ba

图参考:NCERT书籍gydF4y2Ba

如果w是活塞运动对系统做的功，则gydF4y2Ba

W =力×距离gydF4y2Ba

' = p_(特异)××l 'gydF4y2Ba

' = p_(特异)(-ΔV) 'gydF4y2Ba

' = -p_(特异)ΔV 'gydF4y2Ba

' = -p_(特异)(V_f-V_i )` .....................( 2)gydF4y2Ba

负号表示在压缩的情况下，对系统做的功(V)gydF4y2Ba_fgydF4y2Ba- - - - - - VgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是负的，负乘以负得正。所以功的符号是正的。gydF4y2Ba

自由膨胀gydF4y2Ba

气体在真空中的膨胀(pgydF4y2Ba_{前女友gydF4y2Ba}= 0)称为自由膨胀。理想气体自由膨胀时不做功。gydF4y2Ba

理想气体的等温自由膨胀gydF4y2Ba

对于理想气体在真空中的等温膨胀(T =常数)，w = 0，因为pgydF4y2Ba_{前女友gydF4y2Ba}= 0。gydF4y2Ba

方程ΔU = q + w对于等温不可逆和可逆变化可表示为:gydF4y2Ba

对于等温不可逆变化:gydF4y2Ba

“q = - w = p_(特异)(V_f-V_i) 'gydF4y2Ba

对于等温可逆变化:gydF4y2Ba

' q=-w=nR\T In (V_f)/(V_i) 'gydF4y2Ba

nRT log ' (V_f)/(V_i) 'gydF4y2Ba

对于绝热变化，q = 0gydF4y2Ba

ΔU = wgydF4y2Ba_{广告gydF4y2Ba}

自由焓gydF4y2Ba

等体积时吸收的热量等于热力学能的变化量。但是大多数化学反应不是在恒定的体积下进行的，而是在恒定的大气压下在烧瓶和试管中进行的。因此，我们需要为这些条件定义另一个状态函数。gydF4y2Ba

在恒压下:gydF4y2Ba

ΔU = qgydF4y2Ba_pgydF4y2BaV - pΔgydF4y2Ba

对于初始状态和最终状态，方程可以写成:gydF4y2Ba

' U_2-U_1 = q_p-p (V_2-V_1) 'gydF4y2Ba

或者,“q_p = (U_2 + pV_2) - (U_1 + pV_1 )` ...............( 3)gydF4y2Ba

现在，另一个热力学函数，焓H可以定义为:gydF4y2Ba

H = U + pV 'gydF4y2Ba

因此，式(3)可写成:gydF4y2Ba

' q_p = H_2-H_1 =ΔH 'gydF4y2Ba

H是一个状态函数，因为它与U p V有关，但与路径无关。所以,问gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba也是路径无关的。gydF4y2Ba

对于常数p:gydF4y2Ba

ΔH = ΔU = pΔVgydF4y2Ba

ΔH对放热反应是负的，对吸热反应是正的。gydF4y2Ba

定容时:gydF4y2Ba

ΔH = ΔU - qgydF4y2Ba_VgydF4y2Ba.........( 4)gydF4y2Ba

通常，对于仅由固体和/或液bdapp官方下载安卓版体组成的系统，ΔH和ΔU之间的差异并不显著，因为固体和液体在加热时不会发生显着的体积变化。但当涉及bdapp官方下载安卓版到气体时，差异就变得显著了。gydF4y2Ba

让我们假设一个涉及气体的反应。在恒压恒温条件下，理想气体方程为:gydF4y2Ba

“pV_A = n_A \ RT”gydF4y2Ba

“p_V_B = n_B \ RT”gydF4y2Ba

或者,“p (V_B-V_A) = (n_B-n_A) RT 'gydF4y2Ba

或者，' pΔV=Δn_g\RT ' ..........(5)gydF4y2Ba

在这里,VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}为气态反应物的总体积，VgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba气态产物的总积ngydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}是气态反应物的摩尔数和ngydF4y2Ba_BgydF4y2Ba是气态产物的摩尔数。gydF4y2Ba

将pΔV的值代入式(4)可得:gydF4y2Ba

ΔH = ΔU + ΔngydF4y2Ba_ggydF4y2BaRT .........( 6)gydF4y2Ba

广度性质:gydF4y2Ba其价值取决于系统中存在的物质的数量或大小的属性称为外延属性。例如:质量、体积、内能、焓、热容等。gydF4y2Ba

强度性质:gydF4y2Ba不依赖于物质的数量或大小的性质称为集约性质。例如:温度、压力、密度等。gydF4y2Ba

热容:gydF4y2Ba

温度的升高与传递的热量成正比。gydF4y2Ba

q = coff × ΔTgydF4y2Ba

这个方程也可以写成:gydF4y2Ba

“q = CΔT 'gydF4y2Ba

系数C称为热容。热容的大小取决于系统的大小、组成和性质。gydF4y2Ba

摩尔热容:gydF4y2Ba一摩尔物质的热容称为摩尔热容。换句话说，将一摩尔的温度升高1摄氏度(或1开尔文)所需的热量称为摩尔热容。摩尔热容由下式表示:gydF4y2Ba

“C_m = C / n”gydF4y2Ba

比热:gydF4y2Ba使一单位质量的物质的温度升高1摄氏度(或1开尔文)所需的热量称为该物质的比热或比热容。提高样品温度所需的热量q可计算如下:gydF4y2Ba

' q = c m××ΔT = cΔT 'gydF4y2Ba

式中，c为比热，m为质量，ΔT为温度变化量。gydF4y2Ba

C的关系gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba和CgydF4y2Ba_VgydF4y2Ba对于理想气体:gydF4y2Ba

CgydF4y2Ba_VgydF4y2Ba是定容时的热容，CgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba是恒压下的热容。gydF4y2Ba

定容时:gydF4y2Ba' q_V = C_VΔT =ΔU 'gydF4y2Ba

在恒压下:gydF4y2Ba' q_p = C_pΔT =ΔH 'gydF4y2Ba

对于一摩尔理想气体:gydF4y2Ba

'ΔH =ΔU +Δ(pV)”gydF4y2Ba

' =ΔU +Δ(RT)”gydF4y2Ba

' =ΔU + RΔT 'gydF4y2Ba

或者，' ΔH=ΔU+RΔT ' ..................(7)gydF4y2Ba

把ΔH和ΔU的值放在一起，我们有gydF4y2Ba

“C_pΔT = C_VΔT + RΔT 'gydF4y2Ba

或者,“C_p = C_V + R 'gydF4y2Ba

或。“C_p-C_V = R ` .........( 8)gydF4y2Ba