第二章-热力学第一定律.ppt

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1、第二章热力学第一定律热力学是自然科学中建立最早的学科之一1.第一定律：能量守恒，解决过程的能量衡算问题（功、热、热力学能等）2.第二定律：过程进行的方向判据3.第三定律：解决物质熵的计算热力学基本定律生产和科学实验的总结理论证明正确宏观系统平衡问题始态到末态反应速率，时间，反应途径§2.1基本概念和术语1.系统与环境2.状态与状态函数过程与途径功和热5.热力学能1.系统与环境系统：作为研究对象的那部分物质环境：系统以外与之相联系的那部分物质系统与环境的相互作用物质交换能量交换传热作功体积功非体积功三类系统：敞开系统(opensystem)：与环境间—

2、—有物质交换，有能量交换；封闭系统(closedsystem)：与环境间——无物质交换，有能量交换；隔离系统(isolatedsystem)：与环境间——无物质交换，无能量交换2.状态与状态函数（1）状态与状态函数系统的性质：系统状态的物理量(如p,V,T,Cp,m)系统的状态：用系统所有的性质来描述它所处的状态，当系统所有性质都有确定值时，则系统处于一定的状态状态函数：系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态，而与系统的历史无关；变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（statefunction）状

3、态函数特点：状态改变，状态函数值至少有一个改变.状态函数的变化值只取决于系统的始态和终态，与中间变化途径无关.状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。状态函数具有全微分特性，全微分的积分与积分路径无关异途同归，值变相等，周而复始，其值不变（2）状态函数的分类——广度量和强度量注意：由任何两种广度性质之比得出的物理量则为强度量，如摩尔体积等强度量：没有加和性（如p、Ｔ、）广度量：具有加和性（如Ｖ、m、Ｕ)状态函数按状态函数的数值是否与物质的数量有关，将其分为广度量（或称广度性质）和强度量（或称强度性质）。（3）平衡态系统的热力学性质不随时间

4、而变化，就称系统处于热力学平衡态。热力学研究的对象就是处于平衡态的系统。系统处于平衡态应满足：热平衡heatequilibrium:系统各部分T相同;2)力平衡forceequilibrium:系统各部分p相同;3)相平衡phaseequilibrium:物质在各相分布不随时间变化;4)化学平衡chemicalequilibrium:系统组成不随时间变化.物理化学中主要讨论三种过程：单纯pVT变化相变过程，如气化，凝固，晶型转变……化学变化过程过程：系统从一个状态变化至另一状态。（从一个点到另一个点的变化）途径：系统从一个状态变化至另一状态，所经历的

5、具体路线3.过程与途径1)恒温过程：Ｔ(系)=T(环)=定值(dT=0)等温过程:Ｔ(始)=T(终)根据过程进行的特定条件2)恒压过程：p(系)=p(环)=定值(dp=0)等压过程:ｐ(始)=ｐ(终)3)恒容过程：V1=V2=V末4)绝热过程：过程热Q＝05)循环过程：经历一系列变化后又回到始态的过程。循环过程，状态函数变化量均为零。可逆过程4.功和热功和热：能量传递形式，不是能量存在的形式1)功功用符号表示。符号规定：系统得到功时系统对环境作功时体积功：系统因体积变化反抗环境压力而与环境交换的能量功体积功电功表面功非体积功电化学一章讨论表面化学一章

6、讨论体积功的定义式：Volumetricwork体积功计算式Pamb≠P系统当系统由始态1p1，V1，T1末态2p2，V2，T2W=?体积功的计算式恒(外)压过程恒外压过程：W＝－pamb(V2－V1)恒压过程(pamb=p)：W＝－p(V2－V1)自由膨胀过程∵pamb=0∴W=0恒容过程dV＝0W＝0功是途径函数始末态相同，但功不同：故过程的功为途径函数表示：微量功记作2)热Q由温差而引起的能量交换称为热符号规定：若系统从环境吸热若系统向环境放热热是途径函数分子平动能、转动能包括分子间相互作用的势能分子内部各原子间的振动、电子及核运动5.热力

7、学能U（内能）系统的热力学能是指系统内部所有粒子全部能量的总和U是状态函数对指定系统，若n一定，有U是广度量，具有加和性U的绝对值无法求，但U可求U只取决于始末态的状态，与途径无关不同途径，W、Q不同但U＝U1＝U2＝U3例：始态末态132热力学第一定律：能量守恒原理§2.2热力学第一定律1.热力学第一定律热力学第一定律的其它说法：不消耗能量而能不断对外作功的机器——第一类永动机是不可能的。若系统发生微小变化，有：2.封闭系统热力学第一定律的数学形式Ｕ系统热力学能（内能）的改变量；Q系统与环境交换的热，得热为＋，失热为－W系统与环

8、境交换的功，得功为＋，失功为－3.焦耳实验焦耳于1843年进行了低压气体的自由膨胀实验：水温不变U=f(T