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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温差是导致热量传递的原因吗?

已有 1280 次阅读 2023-1-27 13:06 |系统分类:教学心得

        平衡态热力学将系统与环境之间因温差而传递的能量称为热. 本文拟结合常见的三种热力学过程,即气体

的纯pVT变化、化学反应及相变,论证该命题的不准确性.

  1. 气体的纯pVT变化

    [例1.] 1摩尔的理想气体N2,在298.15K、100kPa下恒温膨胀至50kPa,计算下列各过程对应的热量.

    (1)可逆膨胀;

    (2)反抗50kPa恒外压膨胀;

    (3)自由膨胀.

    解:系统始态  p1=100kPa, T1=298.15K,

            V1=nRT1/p1=1mol×8.314J·K-1·mol-1×298.15K/(100kPa)=24.7882dm3

           系统终态  p2=50kPa,T2=298.15K,

            V2=nRT2/p2=1mol×8.314J·K-1·mol-1×298.15K/(50kPa)=49.5764dm3        

           依题恒温条件下,理想气体纯pVT变化,ΔUH=0          (1)

           另依热力学第一定律:ΔU=Q+WT =Q+∫(-pe·dV)          (2)

            结合式(1)及(2)可得:Q=∫(pe·dV)                         (3)

    (1)可逆膨胀

        由式(3)可得:Q=∫(pe·dV)

                                    =∫(p·dV)

                                    =∫(nRT/V)·dV

                                    =nRT·ln(V2/V1)

                                    =1mol×8.314J·K-1·mol-1×298.15K·ln(49.5764dm3/24.7882dm3)

                                    =1.7182kJ≠0

    (2) 反抗50kPa恒外压膨胀

     由式(3)可得:Q=∫(pe·dV)=pe·(V2-V1)=50kPa×(49.5764dm3-24.7882dm3)=1.2394kJ≠0

    (3)自由膨胀

       由式(3)可得:Q=∫(pe·dV)=pe·(V2-V1)=0

      由上可知:理想气体恒温膨胀过程热量与系统环境之间温差无关.

  2. 化学反应及相变

       热力学化学反应(或相变)通常发生在恒温恒压条件下,即化学反应(或相变)发生时,系统与环境不存

在温差.

       该条件下,化学反应(或相变)的焓变通常均不为0,即:ΔrH=Qp≠0,这表明化学反应(或相变)的恒

压热效应(Qp)同样与系统与环境之间温差无关.

  3. 结论

       系统与环境之间温差不是热力学过程热量产生的直接原因.



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