余高奇
热力学的一个悖论
2024-5-6 11:21
阅读:650

       本文拟介绍平衡态热力学的一个悖论,供参考.

  1. “功、热”的过程函数属性

    热力学认为:“功、热”均为过程函数;通常不同过程,对应不同的功、热值.

  2. 恒压与等压过程

    理想气体的恒压与等压过程,参见如下图1所示:

     image.png 

                                                                   图1. 理想气体pVT变化示意图

       图1中,系统始态1(p1,V1,T1),终态2(p2,V2,T2).

      过程①:恒压过程;过程②:等压过程Ⅰ;过程③:等压过程Ⅱ.

      图1显示,过程①、②及③的始、末态分别重合.

      另恒压过程: p1=p2=pe,dp=0;等压过程 p1=p2=pedp0.

       pe为环境大气压强(或外压);设过程①、②和③的pe值恒定.

    3. 热力学第一定律

         ΔU=Q+WT+W            (1)

  式(1)中WT”代表体积功;“W”代表非体积功.

      WT=-pe•ΔV=-pe•(V2-V1    (2)

      另热力学通常规定,过程①、②和③的非体积功均为0,

  即:W≡0                  (3)

      将式(2)、(3)分别代入式(1),并整理可得:

       ΔU=Q+WT+W’=Q-peV2-V1=Q-pe•ΔV  (4)

  过程①、②和③的始态、终态分别重合过程ΔUWTQ分别相同.

  上述观点与热力学“功、热均为过程函数”的原始设计矛盾.

 4.问题讨论

      “过程①、②和③的pe值恒定”的规定是否合理?

  化学反应(或相变)通常发生于敞口反应器,pe≡1.01325×105Pa,表明敞口反应器内,无论热力学过程如何

进行,pe值均可恒定.

     另图1显示过程①、②及③是始、末态分别重合的不同过程.

     由上可知:所有外压恒定,始、末态重合的热力学过程的功与热值均分别相同;这与热力学的“功、热”均

为过程函数的原始设计矛盾.

 5. 结论

 ⑴外压恒定,始、末态重合的所有热力学过程的功与热值均分别相同;

 ⑵p>pe时,“ΔU=Q+WT+W’”不合理.

 

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