第二章 热力学第一定律（5版）ppt课件.ppt

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1、第二章　热力学第一定律2021/7/271系统和环境系统：我们把作为研究的对象的那部分物质或空间称为系统。环境：与系统有系密切相关的其他物质或空间称为环境。特点：系统和环境的划分完全是根据研究的需要而人为规定的。2021/7/272系统分成三类敞开系统系统和环境之间既有物质的传递，又有能量的传递的系统。封闭体系体系和环境之间，仅有能量的传递，没有物质传递的体系。封闭系统中又可分出一类。体系和环境之间没有物质的交换，也没有热能的交换，只有功的交换这类体系称为绝热体系。物理化学主要讨论封闭体系和绝热体系。

2、隔离系统体系和环境之间既无物质交换，又无能量交换的体系。2021/7/273例：一杯水放在非真空绝热箱中T箱>T水A）选水为系统敞开系统B）选水及箱内的水蒸气为系统封闭系统C）选绝热箱内所有物质为系统隔离系统水2021/7/274状态和状态函数我们把体系的性质的总和称为体系的状态（在热力学中状态是指平衡态），描述状态性质的函数称为状态函数，也称状态变量、状态性质。状态函数是状态的单值函数，如图，反过来状态函数的总和也就确定了体系的某一确定的状态。2021/7/275即系统的状态函数变了，系统的状态一定

3、变了。但系统的状态变了，不是所有的状态函数都变了。状态函数有许多个按其特征可以分成两类广度性质又称容量性质，其特点是状态函数的数值与体系中物质的量成正比例，如体积V、热力学能U、焓H、熵S、亥姆霍兹函数A、吉布斯函数G。强度性质其特点是状态函数的数值与体系中物质的量无关，例如温度T、压力P、摩尔体积Vm、摩尔熵Sm….体系的某一广度性质除以另外一个广度性质，特别是除以体系物质的量mol，就转换成了强度性质。2021/7/276热力学平衡态必须同时满足4种平衡热平衡体系内各部分温度均相等，且与环境温度相

4、等（孤立体系和绝热体系除外）。力平衡体系内各部分所受的压强均相等。且与环境的压强相等（刚性密闭容器除外）。相平衡体系内各相（气相、液相、固相）的数目和组成不再随时间而变。2021/7/277化学平衡体系内各物质的量不再随时间而变。过程与途径系统从一个状态A到另一个状态B的的变化称为过程，完成过程的具体方式称为途径。根据途径的不同，过程可以分成以下几种：定温等温过程dT=0体系的始态温度等于终态的温度，且一直等于环境的温度的过程。定压等压过程dP=0体系的始态压强等于终态的压强，且一直等于环境的压强的过

5、程。2021/7/278定容等容过程dV=0体系的始态体积等于终态的体积的过程。刚性密闭容器中发生的是这种过程。绝热过程Q=0绝热体系中进行的过程。循环过程系统由某一状态出发经历一系列的变化又回到原状态的过程，由于在循环过程中系统的初、末态是同一状态，因此状态函数的增量为零。2021/7/279途径—完成一个状态变化（过程）的具体步骤25℃、5Pθ的水25℃、Pθ的水100℃、5Pθ的水100℃、Pθ的水恒温恒温恒压恒压途径Ⅱ途径Ⅰ过程2021/7/2710热和功功体系和环境之间除了热以外的其他各种形

6、式的能量传递均称为功。系统得功为正值W>0，即环境对系统作功为正（压缩功）；系统失功为负值W<0，即系统对环境作功为负（膨胀功）。分为体积功和非体积功。功的定义δW=－F外d=－（F外/A）Ad=－PambdV注意：当外压为零时，δW=0，即为真空中自由膨胀过程。量纲：Pa·m3=N·m=J途径函数：其微小过程用“δ”表示，以示与全微分符号“d”相区别。积分：不能写作ΔW，只能写作W。2021/7/2711热系统和环境之间，因温度差而引起的能量传递，称为热，也称热量，记作Q。体系吸热Q>0(Q为正

7、)，体系放热Q<0(Q为负)。热不是状态函数，热是个过程量，没有过程就没有热量。体系从A态变化到B态，采取的途径不同，过程中传递的热量也不一定相同。非状态函数就没有全微分，微小的热量不记作dQ而记作δQ。常见的热有三种显热、潜热、化学反应热。2021/7/2712热力学能内能系统具有一个反映内部能量的函数，该函数值只取决于始末状态，故是一个状态函数。这个函数就是热力学能。也称为内能，U，单位J。热力学能是系统内部能量的总和，其中包括分子运动的动能、分子之间相互作用的势能、以及分子内部各种粒子(如电子、

8、原予核及原子核内各种粒子等等)运动的动能及它们相互作用的势能等。在一定的状态下，内能应有唯一确定的值，因此内能是系统的状态函数。2021/7/2713热力学第一定律第一定律的文字表述：（A）能量不生不灭，能量守恒（第一定律本质）（B）第一类永动机不可能造成。第一定律认为:体系由状态1经任意过程和任意途径变化到状态2，若在过程中交换了δQ的热，并作了δW的功，则体系的内能变化为dU=δQ+δW;或者△U=Q+W。2021/7/2714例一体系由A态变化到B