热力学第一定律在简单PVT变化过程中的应用

热力学第一定律在简单PVT变化过程中的应用

热力学第一定律是物理化学中的一个基本定律，它描述了能量在系统中的转换和守恒。本文将重点讨论热力学第一定律在简单PVT变化过程中的应用，包括恒温过程、恒压过程、恒容过程和绝热过程。通过多个例题的详细解析，帮助读者更好地理解这些概念。

一、单一过程

1. 恒温过程

理想气体恒温过程

• 理想气体恒温可逆过程

• 理想气体恒温恒外压过程

2. 恒压过程

• 不作非体积功的恒压过程

• 当理想气体的热容为常数时

3. 恒容过程

• 体积功W=0

• 对于理想气体，当其热容为常数时

4. 绝热过程

• 对于理想气体，当其热容为常数时

  式中，γ称为热容比（也称绝热指数）

• 理想气体绝热可逆过程方程式

【例1-10】 1mol理想气体，在25℃从1000kPa可逆膨胀到100kPa，计算该过程的Q、W、△U和△H。

解：

理想气体恒温可逆膨胀过程

△U=0

△H=0

【例1-11】 将2molHe(g)由50℃加热到150℃，若⑴加热时保持体积不变；⑵加热时保持压力不变，分别计算两过程的Q、W、△U和△H。He(g)可视为理想气体。

解：对于单原子理想气体有

W= 0

⑴恒容过程

⑵恒压过程

【例1-12】 乙烯压缩机的入口温度、压力分别为252K，101.325kPa，出口温度、压力分别为352K，192.518kPa。如果此过程可看作是绝热过程，气体可近似看作是理想气体，试计算每压缩1.00mol乙烯的Q、W、△U和△H。已知在此温度区间内

解：系统的始、终态可表示如下：

n=1mol

T1=252K

P1=101.325kPa

n=1mol

T2=352K

P2=192.518kPa

绝热压缩

因为过程绝热，所以Q=0

【例1-12】

【例1-13】 在273.2K和1000kPa压强下，取1mol理想气体，分别经⑴绝热可逆膨胀；⑵在外压恒定为100kPa下绝热膨胀，至最后压强为100kPa。计算上述过程的已知理想气体的且与温度无关。

【例1-13】

解：

⑴绝热可逆膨胀

绝热过程

⑵