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。

博文

理想气体恒温等压混合过程的热力学探究

已有 4079 次阅读 2022-10-6 11:08 |系统分类:教学心得

        理想气体的恒温、等压混合过程的自发性也是经常探讨的热力学问题. 本文拟结合具体实例,探究该过程的热力学规律.

   例:两种单组分理想气体A(g)和B(g),初态依次为A(nAVA)和B(nBVB), 现将A(g)和B(g)在恒温、等压条件下混合,终态为(nA+nBV), 试计算该过程的ΔmixH、ΔmixU、ΔmixSWVQ.

  1. 例题解析

     因理想气体热力学能、焓仅为温度函数,A(g)和B(g)混合过程发生在恒温、等压条件下,因此A(g)和

B(g)的热力学能及焓均不发生改变. 即:ΔmixHmixU=0.

      另:ΔmixSmixSAmixSB         (1)

      依题恒温条件下,V=VA+VB

      ΔmixSA=nAR·ln[(VA+VB)/VA]        (2)

      ΔmixSB=nBR·ln[(VA+VB)/VB]         (3)

      将式(2)及(3)代入式(1)可得:ΔmixS=nAR·ln[(VA+VB)/VA]+nBR·ln[(VA+VB)/VB]

      可将该热力学过程视为恒温条件下理想气体A(g)和B(g)分别由初始体积VAVB膨胀至终态体积VA+VB

      此时系统吸收热量[1]

      Q=T·ΔmixS=nART·ln[(VA+VB)/VA]+nBRT·ln[(VA+VB)/VB] >0            (4)      

      系统所付出的体势变( WV):

      WV=WV,A+WV,B=∫(-pA·dVA)+∫(-pB·dVB)

            =∫(-nA·RT/VA)dVA+∫(-nB·RT/VB)dVB

           =nA·RT·ln[VA/(VA+VB)]+nB·RT·ln[VB/(VA+VB)]                            (5)

       结合式(4)及(5)可得:ΔmixU=Q+WV=0                                    (6)

       式(6)结果与理想气体的热力学属性保持一致,即恒温条件下,理想气体的简单pVT变化,理想气体热力

学能保持恒定.

  2. 自发性的判定

       理想气体恒温、等压条件下混合(或膨胀)过程,δWs≡0.

       环境熵变[2]

        dSAmb=-δQ /T                       (7)

       结合式(4)可得:dSClo=δQ/T                                                               (8)

      则隔离系统熵变:     

           dSIso=dSClo+dSAmb

                    =δQ/T- δQ  /T 

                    =0                                                                                        (9)

      结果表明:理想气体的恒温、等压混合过程为热力学可逆过程.

 3. 结论

      理想气体的恒温、等压混合过程的热力学能及焓保持恒定,且为热力学可逆过程.

参考文献

[1]余高奇. 热力学第一定律研究.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666科学网博客, 2021,8.

[2]余高奇. 热力学第二定律研究.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666科学网博客, 2021,8.




https://m.sciencenet.cn/blog-3474471-1358223.html

上一篇:可逆相变与标准态相变
下一篇:理想气体与理想液态混合物的混合性质类比

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (5 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 22:58

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部