絕熱與等溫
為了化學的目的,宇宙被分為兩部分。我們感興趣的部分稱為系統,其餘部分稱為“周圍”。一個系統可以是一個有機體、一個反應容器,甚至一個細胞。系統的區別在於它們所具有的交互類型或發生的交換類型。系統可分為開放系統和封閉系統兩類。有時,物質和能量可以通過系統邊界交換。交換能量可以有光能、熱能、聲能量等多種形式,如果系統的能量因溫差而改變,我們說已經有了熱流。絕熱和多向是兩個與系統內傳熱有關的熱力學過程。
絕熱的
絕熱變化是指沒有熱量進出系統的變化。停止傳熱主要有兩種方法。一種方法是使用隔熱邊界,這樣就不會有熱量進入或存在。例如,在杜瓦瓶中進行的反應是絕熱的。另一種絕熱過程發生在一個過程變化很快的時候,因此,沒有時間來傳遞熱量。在熱力學中,絕熱變化用dQ=0表示。在這些情況下,壓力和溫度之間存在一種關係。因此,在絕熱條件下,系統由於壓力而發生變化。這就是在雲形成和大尺度對流中發生的情況。在高海拔地區,大氣壓力較低。當空氣被加熱時,它會上升。因為外界空氣壓力低,上升的空氣包會試圖膨脹。當膨脹時,空氣分子會工作,這會影響它們的溫度。這就是溫度上升時溫度降低的原因。根據熱力學原理,包裹體中的能量保持不變,但它可以被轉換來做膨脹功,或者維持它的溫度。與外界沒有熱交換。同樣的現象也適用於空氣壓縮(例如活塞)。在這種情況下,當空氣包被壓縮時,溫度升高。這些過程被稱為絕熱加熱和冷卻。
等溫
等溫變化是指系統保持恆定溫度的變化。因此,dT=0。一個過程可以是等溫的,如果它發生得很慢並且過程是可逆的。所以,變化非常緩慢,有足夠的時間來調整溫度變化。此外,如果一個系統可以像熱沉一樣,在吸收熱量後保持恆定的溫度,那麼它就是一個等溫系統。對於理想的has,在等溫條件下,壓力可以從下面的方程中給出。
P=nRT/V
由於功,W=PdV可導出以下方程。
W=nRT ln(Vf/Vi)
因此,在恆定溫度下,膨脹或壓縮功發生在改變系統體積的同時。由於在等溫過程中沒有內能變化(dU=0),所以所有提供的熱量都用於做功。這就是在熱機中發生的事情。
絕熱和等溫有什麼區別?•絕熱意味著系統和周圍環境之間沒有熱交換,因此,如果是壓縮,溫度會升高,或者膨脹時溫度會降低。•等溫意味著,沒有溫度變化;因此,系統中的溫度是恆定的。這是通過改變熱量得到的。在絕熱條件下,dQ=0,但dT≠0。然而,在等溫變化中,dT=0且dQ≠0。•絕熱變化迅速,而等溫變化非常緩慢。 |