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2011/09/16 09:00:28瀏覽5261|回應0|推薦0 | |
我們將透過討論理想氣體在等溫下的擴張與壓縮,來建立許多熱力學基本觀念。 化學原理啟迪234 理想氣體在等溫下的擴張與壓縮 (一) The Isothermal Expansion and Compression of an Ideal Gas 1. 我們將透過討論理想氣體在等溫下的擴張與壓縮,來建立許多熱力學基本觀念。 2. 「等溫下的程序 an isothermal process」是指系統與周遭的溫度,在任何時間(反應前後)都保持恆定不變。 3. 再複習一次,只有當溫度改變時,理想氣體能量才會改變。因此,理想氣體在等溫下任何反應過程的內能變化都是零,ΔE=0 並且因為ΔE=q+w=0 所以 q=-w 4. 下圖的裝置是為了說明理想氣體擴張與壓縮造成功與熱的效應,假設這個滑輪沒有阻力,鐵索和秤沒有重量。 5. 一開始,假設氣體佔據的空間體積是V1、壓力P1,P1的壓力與秤上的M1質量平衡。所以 P1=force/area=M A是指活塞的面積,g是重力常數。狀態1的氣體是由P1 ,V1 ,n和T。當氣體體積擴張的時候,n和T維持恆定不變。 6. 【單步驟擴張-沒有作功 One-Step Expansion -No Work】如果移除秤上質量M1的物體,氣體會擴張,活塞移到圓柱體的右邊,擴張之後氣體的體積V2=4V1,並且壓力P2=P1/4。 7. 當反應過程從狀態1(P1、V1)變成秤上沒有東西的狀態2(P1/4、4V1)。沒有任何的熱流入或流出這個氣體,因為溫度T是恆定,沒有做任何功(氣體體積變化,不是因為任何外力推動,只是依據氣體粒子本身的動能與位能恢復到正常體積)。所以功=W0=0。這稱為「自由膨脹free expansion」。 8. 【單步驟擴張 One-Step Expansion】現在我們進行一個實驗,氣體一開始處於狀態1,壓力是質量M1,接著M1被轉成質量M1/4,氣體現在擴張的壓力是(Pexternal) Pex=(M1/4)g÷A=P1/4 9. 重物被舉起,氣體擴張直到壓力P1/4,新體積是4V1,在這裡功是 ︱Work︱=︱w1︱=(M1/4)gh 注:h代表質量改變造成裝氣體的容器的活塞伸縮的變化(高度),g是重力常數。 10. 功也可以看成是外在壓力對容器裝的氣體造成的影響,外在壓力使容器內的氣體擴張,並且體積改變(ΔV)。 w=-PexΔV 11. 在這單步驟擴張反應中,功的大小是 ︱w1︱=PexΔV=P1/4(4V1-V1)=3/4P1V1 12. 因為功是從容器內的氣體系統流出到周遭,所以正確的正負號是 w1=-PexΔV=-3/4 P1V1 13. 【二步驟擴張 Tpw-Step Expansion】接下來我們將分成二個步驟擴張氣體,每個步驟放不同重量的物體到秤上。首先,我們放質量M1/2的物體到秤上。 Pex=(M1/2)g÷A=P1/2 14. 並且氣體會擴張直到P2=P1/2,並且V2=2V1;做出來的功的大小是 ︱w′2︱=P1/2(V1-V2)=P1/2(2V1-V1)=P1V1/2 15. 下一步,改變重物,把質量M1/2的物體改為M1/4。氣體再次擴張直到P3=P1/4, V3=4V1。這個步驟做的功是 ︱w〞2︱=P1/4(4V1-2V1)=P1V1/2 16. 完整2步驟所做的功 ︱w2︱=P1V1/2+P1V1/2=P1V1 17. 正確的正負號是w2=-P1V1(因為當氣體體積擴張ΔV是正號時,系統流失功,w是負號;氣體體積縮小ΔV是負號時,系統獲得功,w是正號。) 18. 二步驟擴張做功的情形如下圖 19. 特別留意,雖然每一種氣體都是從狀態1(P1V1)變為狀態2(P1/4、4V1),但是結果︱w2︱>︱w1︱>︱w0︱,這顯示:功的大小按照反應路徑因素改變,它不是狀態函數。 n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》 研究心得: 1. 什麼是功?「力量」推動物體移動一段距離的成果,稱為功。所以力量的發生會因為路徑或過程的不同,而產生不同的效果。 2. 「功」的大小就是在執行的過程當中,事倍功半或事半功倍的問題。 3. 如果台灣公務人員的行政效率、行政流程都符合國際ISO認證,那麼領同樣多薪水的公務人員,他們所做的事情就是現在的二倍以上,那也就表示百姓得到公務員的服務增加二倍以上,也代表台灣的經濟效能是現在的二倍以上,國際競爭力也是現在的二倍以上,犯罪率也會減少二倍,環境污染也會減少二倍,整體社會成本會減少二倍,社會福利也可以增加二倍。 4. 公務人員行政效率好不好,跟他們知識水準有關。檢察官的知識水準如果提升二倍,那麼台灣的破案率就會增加二倍,冤獄也會減少二倍,社會正義也可以提升二倍。 5. 如果台灣的治安、社會正義都提升二倍,那麼全世界最有錢的人都希望住在台灣。因為司法效率的提升會導致全世界最有錢的富豪都願意在台灣居住、投資。 6. 但是事實上,有看「CSI犯罪現場」的人都知道,台灣檢察官的知識水準只有好萊塢編劇的二分之一,任何犯罪者只要聰明智慧跟好萊塢的編劇一樣,台灣的檢察官就一點用處也沒有,根本不可能維護社會正義,反而會製造許多類似江國慶的冤獄,來達成檢察官的業績。 7. 在獨裁者蔣經國時期的檢察官、法官,幾乎都是獨裁者踐踏人權的共犯,幾乎都是社會敗類,幾乎都有製造冤獄的人生經驗,幾乎都喝花酒、收賄,曾勇夫一定不會否認。 8. 這一生都沒有公開譴責國民黨「黨產」違憲的檢察官、法官,等於協助國民黨製造政黨競爭不公平,幾乎都沒有社會正義感,幾乎等於社會敗類,魏千峰、謝清志一定不會否認。 9. 台灣的檢察官、法官製造非常多的冤獄,為什麼沒有檢察官去追究呢?因為他們的知識水準不容許他們產生社會正義感。 10. 司法官的教育養成的「過程」,幾乎都是在做「虛功」,他們的教育重點是服從獨裁者,而不是服從真理、服從「國際學術標準」,放任他們「以大欺小」的天性發展,如同讓理想氣體在等溫下「自由膨脹free expansion」,這樣做出來的功w=0;因此絕大部分的檢察官、法官、大法官、法學教授品德都不如陳樹菊,李鴻禧一定不會否認。賴浩敏的品德絕對不如陳樹菊。 11. 為什麼沒有美國人或德國人到台大醫學院留學?因為教授的知識水準不夠,沒有吸引力,他們的教學都在做「虛功」,所以他們也沒有志氣這一生學術水準要超越哈佛大學。因此歐美大國沒有學生敢來台灣學醫,如果他們來台灣學醫,一定會學到如何移植愛滋病器官。蔡宗翰一定不敢否認。 12. |
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