物理化学简明教程第四版第一章

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1、第二章热力学第一定律2021/6/16（1）热力学的定义（2）热力学的组成热力学第一定律：1850焦耳和迈耶尔热力学第二定律：1850开尔文和克劳修斯热力学第三定律：20世纪初热力学是研究能量相互转换过程中遵循的规律的科学。2.1热力学概论2021/6/162.1热力学概论（3）热力学的研究对象研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应第一定律研究化学变化的方向和限度第二定律阐明绝对熵的数值第三定律2021/6/16研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不

2、考虑变化所需要的时间。局限性不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。（4）热力学的特点2021/6/162.2几个基本概念系统：把一部分物体从其它部分划分出来作为研究的对象，这一部分物体即称为系统。环境：系统以外并且与系统有相互作用的部分称为环境。（1）系统和环境1.敞开系统2.封闭系统3.孤立系统2021/6/16（2）状态和状态函数状态：指系统的宏观的物理性质和化学性质。状态函数：状态性质，描述系统性质的宏观物理量。质量，温度，压力，体积，浓度，密度，粘度，折光率等；内能，焓，熵，自由能均是状态函数。广度性质(容量性质)：与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵

3、等。这种性质有加和性。强度性质：与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。2021/6/16（2）状态和状态函数状态函数的特性：只取决于系统的起始和最终状态。状态函数在数学上具有全微分的性质：系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程。2021/6/16（3）过程和途径1.过程：系统状态所发生的一切变化。等温过程等压过程等容过程绝热过程2021/6/162021/6/16（3）过程和途径2.途径：系统状态发生变化所采取的具体步骤。25oC，105Pa25oC，5×105Pa100oC，105Pa100oC，5×105Pa等温过程等温过程等压过程等压过程2021/6/16（4）热力

4、学平衡当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡，它包括下列几个平衡：1.热平衡2.力平衡3.相平衡4.化学平衡2021/6/16（5）功和热系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。热(Q)：系统与环境之间因温差而传递的能量。2021/6/16（5）功和热功(W)：系统与环境之间传递的除热以外的其他能量环境对系统作功，W>0；系统对环境作功，W<0。2021/6/16（5）功和热f、E、p、s为强度性质l、Q、V、A为容量性质机械功电功表面功体积功强调：Q和W都不是状态函数，与变化途径有关功的种类2021/6/162.3热力学第一定律（1）热功当量焦耳和迈耶尔(Mayer)自1

5、840年起，用各种实验求证热和功的转换关系，得到如下结果：这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。1cal=4.184J2021/6/16（2）能量守恒定律到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。2021/6/16（3）内能内能（热力学能）,它是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、转动能、振动能、电子运动能、原子核能以及各种粒子之间的相互作用能等等。内能是具有容量性质的状态函数，用符号U表示，它的绝对

6、值尚无法测定，只能求出它的变化值。2021/6/16（4）热力学第一定律微小变化内能U是状态函数，数学上具有全微分性质，微小变化可用dU表示；Q和W不是状态函数，微小变化用表示，以示区别。环境对系统作功，W>0。系统对环境作功，W<0。系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0；2021/6/16（4）热力学第一定律第一类永动机：一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制成的。2021/6/16（4）热力学第一定律例题1：设一电阻丝浸入水中，接上电源通电一段时间。若选择不同系统，问

7、：U，Q和W为正负还是零？水绝热2021/6/16（4）热力学第一定律水绝热系统电源电阻丝水电源＋电阻丝水＋电阻丝水＋电阻丝＋电源QWU2021/6/16（4）热力学第一定律系统电源电阻丝水电源＋电阻丝水＋电阻丝水＋电阻丝＋电源Q=<><==W<>==>=U<>><>=1.解：2021/6/162.4体积功设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压p外，经4种不同途径，体积从V1膨胀到V2所作的功。1.自由膨胀系统所作功如阴影面积。（1）体积功2.