余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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绝热过程

已有 9402 次阅读 2021-5-16 20:06 |系统分类:教学心得

       本文拟由热力学第一定律推导理想气体绝热元熵过程的pVT变化规律,并结合隔离体系熵变计算公式探究绝热元熵可逆过程的本质。

       绝热过程是指过程的任一时刻系统与环境间均不存在热量的传递,即:δQ≡0.

       对于理想气体pVT变化的绝热元熵过程:

       δQT▪dS,则:dS≡0

      另因该过程无化学反应或相变发生,有效功δW≡0.

      1. 理想气体绝热元熵过程的pVT变化

         依热力学第一定律[1]:dU=T▪dS-p▪dVW'   (1)

         对于理想气体绝热元熵过程,由式(1)可得:dU=-p▪dV    (2)

         对于理想气体:dU=nCV,m ▪dT     (3)

         将式(3)代入式(2)可得:

         nCV,m ▪dT =-p▪dV     (4)

         将式(4)变量分离并积分可得:TVγ-1=k1 (5)

         将理想气体状态方程pV=nRT代入式(5)可得:

         pVγ=k2       (6)

        Tγp1-γ=k3    (7)

       式(5)、(6)及(7)中γ=Cp,m/CV,mk1、k2k3均表示常数.

        需要指出式(5)、(6)及(7)即为理想气体pVT变化(绝热元熵过程)所呈现的规律,与过程是否可逆无关。

       2. 绝热可逆过程

      依隔离体系熵变计算公式[2]dSISO=[δQ▪(T2-T1)-T1▪δW'+T1▪(p1-p2)▪dV]/(T1T2)     (8)

      对于理想气体绝热元熵过程的pVT变化,δQ=0,δW'=0. 代入可得:

       dSISO=[T1▪(p1-p2)▪dV]/(T1T2)     (9)

       由式(9)可知:对于理想气体绝热元熵过程的pVT变化,要实现可逆( dSISO=0),必须满足恒压或恒容. 

       结合式(5)、(6)及(7)可知,此时系统pVT均需保持恒定,表明此时可逆过程本质就是一状态点.

       3. 结论

      (1)对于理想气体绝热元熵过程的pVT变化,TVγ-1=k1  pVγ=k2   Tγp1-γ=k三式成立,与过程是否可逆无关;

      (2)理想气体绝热元熵过程pVT变化的可逆过程本质为一状态点.

参考文献

[1] 余高奇. 热力学基本方程解析. 科学网博客.2021,04

[2] 余高奇. 熵增原理与热力学第二定律. 科学网博客.2021,04



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