热力学第一定律(天津大5版)

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1、第二章热力学第一定律1热力学的主要内容1.热力学第一定律：在能量相互转换过程中，能量的转化是守恒的。2.热力学第二定律：从能量转化的特点，指出过程的方向和限度。这两个定律是人类对含大量质点的物质长期实践经验的总结，它们可以用数学形式表达，但无法用数学证明。2§2.1基本概念及术语1.系统与环境系统：所研究的物质，即研究的对象。环境：在系统周围与系统有关系的物质。3根据系统与环境之间的物质和能量交换的不同，可将系统分为下面三种：（1）封闭系统：系统与环境之间只能有能量传递，没有物质交换。（2）隔离系统(孤立系统)：系统与环境之间既无物质

2、交换又无能量交换。系统和环境作为一个整体，可看作隔离系统。（3）敞开系统：系统与环境间既有物质的交换又有能量的传递。42.状态和状态函数（1）状态和状态函数状态性质(性质)：描述系统的物理量如温度T、压力p、体积V、密度ρ、恒压热容Cp、粘度η等，称为系统的热力学性质，并且可以改变。状态：系统热力学性质的综合表现。系统的状态确定之后，它的每一个性质都具有单一的确定值；状态改变，性质数值也改变。反之，当系统所有的状态性质都确定时，系统就处于确定态。由于性质与状态间的这种单值对应关系，与系统到达该状态前的经历无关，故热力学性质又称为状态函

3、数。例如温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵S、吉布斯函数G、亥姆霍兹函数A等。5状态函数的特点（2）状态发生变化时，状态函数的改变量只与过程的始、末两个状态有关，而与状态发生变化时所经历的具体途径无关。即ΔX=X2-X1（1）状态函数的微变dX为全微分其特性可用16字口诀概括：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原6状态性质之间相互有关联对于不发生化学变化和相变化，含有n种物质的均相封闭系统，一般来说只要指定任意n+2独立的性质，就确定了系统的状态。实践经验告诉我们，对于不发生化学变化和相变化，含有一种物质的均相封闭系统，一

4、般来说只要指定任意两个独立的性质，就确定了系统的状态。如理想气体：V=f（p，T），V=nRT/p7（2）状态函数的分类——广度量和强度量广度量（广度性质）：与系统中所含物质的量成正比的性质，具有加和性，如V、m、U、S等。强度量（强度性质）：与系统中物质的量无关的性质，不具有加和性，如：T、p、ρ、η等。往往两个容量性质之比成为系统的强度性质，如密度是质量与体积之比；摩尔体积Vm是体积与物质的量之比；摩尔热容Cm是热容与物质的量之比，它们均是强度性质。8（3）平衡态在隔离系统中，各个状态性质均不随时间而变化，则称系统处于热力学平衡态

5、。热力学平衡一般包括热平衡、力学平衡、化学平衡、相平衡这四个平衡。1）热平衡：系统各部分的温度应相等。2）力学平衡：系统各部分之间在没有刚性壁存在的情况下，压力相等。3）化学平衡：当系统化学反应达到平衡后，系统的组成不随时间而改变。4）相平衡：系统各相的组成和数量不随时间而改变。93.过程和途径过程：系统从一个状态变化到另一状态的经历。途径：由同一始态到同一末态的具体步骤。在相同的始、末态情况下，状态函数的改变量不会因所取的途径不同而有所差异。这一点要牢牢记住。始态(273K，1013250Pa)末态(273K，101325Pa)等温

6、反抗外压（101325Pa）膨胀途径Ⅰ等温反抗外压506625Pa途径Ⅱ（273K，506625Pa）等温反抗外压101325Pa10过程分类（1）根据系统内部物质变化的类型过程分为：单纯pTV变化相变化化学变化11过程分类（2）过程根据过程进行的特定条件分为：(1)恒温过程：T始=T末=T环=定值dT=0(2)恒压过程：p始=p末=p环=定值dp=0(3)恒容过程：过程中系统体积不变，dV=0。(4)循环过程：指系统由某一始态，经历一系列过程，又回到原来的始态。(5)绝热过程：过程中系统与环境无热量交换。(6)可逆过程与不可逆过程1

7、24.功和热功和热是系统状态发生变化过程中，系统与环境能量交换的两种形式。13（1）功系统在广义力的作用下，产生了广义的位移，就做了广义功。其符号为W。单位：J。系统得到环境所作的功，W>0；系统对环境作功，W<0。在物理化学中，功分为体积功与非体积功。体积功（膨胀功，W）：系统因其体积变化反抗环境压力（pamb）而与环境间交换的能量。除体积功外的其它一切形式的功，如电功、表面功称为非体积功用W′表示。14体积功的定义式体积功的定义式A.pamb>p时，系统体积缩小，dV<0,δW>0，环境做功。B.pamb

8、>0,δW<0，系统做功。宏观过程体积功的计算15关于功的说明A.不论系统是膨胀还是压缩，其体积功均为－pambdV。B.只有－pambdV这个量才是体积功，而pV或Vdp都不是体积功。C.功不是系统的性质，只是在系统发