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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“可逆过程”的热力学剖析

已有 1176 次阅读 2024-9-13 08:47 |系统分类:教学心得

       准静态过程假说将所有热力学过程的实现方式均指定为准静态过程,同时保有“可逆过程”的概念;本文

拟剖析准静态过程假说中可逆过程的热力学内涵,供参考.

 1.可逆过程的热力学定义

       准静态过程假说认为:如果过程①A→B的功、热分别为W1Q1过程②B→A的功、热分别为W2Q2

现将过程“①+②”连续完成,系统重新返回至A,俗称系统复原;如果同时满足总功W=W1+W2=0,总热

Q=Q1+Q2=0,俗称环境复原;此时将“过程①A→B”称为可逆过程.

 2.可逆过程的特征

      可逆过程特征参见如下式(1)及(2)所示:

      δQT·dS                 (1)

      δWV≡-p·dV            (2)

 3. 可逆过程判据

     现阶段公认的可逆过程判据主要包括三个,即:

     ①对于隔离(或孤立)系统,如果满足dSIso=0,则可逆过程;

     ②对于恒温、恒压及环境不提供有效功的前提下,如果封闭系统内dG=0,则可逆过程;

     ③对于恒温、恒容及环境不提供有效功的前提下,如果封闭系统内dA=0,则可逆过程.

 4.可逆过程实例

     准静态过程假说认为:能够同时满足可逆过程定义、可逆过程特征及可逆过程判据的热力学过程只能是

衡,只能是态点;此时从宏观角度观察,系统处于静止.

     [].298.15K时反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的ΔrHθm=172.459kJ·mol-1ΔrSθm=175.87J·mol-1·K-1

试计算该反应可逆过程的温度.

     析:反应可逆过程的温度即为平衡温度;恒温恒压及环境不提供有效功前提下,可逆过程满足dG=0.

     解:

     依热力学基本原理可得:ΔrGθm(T)=ΔrHθm(298.15K)-T·ΔrSθm(298.15K)     (3)

     可逆过程,由式(3)可得:

     ΔrGθm(T)=ΔrHθm(298.15K)-T·ΔrSθm(298.15K) =0

    则:image.png 

               =980.6K

    即:恒温、恒压及环境不提供有效功前提下,化学反应“C(s)+CO2(g)=2CO(g)”可逆过程对应温度为980.6K.

 5.结论

     准静态过程假说中的可逆过程特指平衡,是状态点.

备注:热力学计算是虚拟计算,平衡(状态点)时,ΔrHθm及ΔrSθm的值均不为0.



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