热力学第一定律(物理化学).ppt

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1、DU=Q+W第一章热力学的研究对象研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律；物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；研究化学变化的方向和限度。研究特点：只研究宏观行为，不涉及微观。强调始态和终态，不涉及机理和速率。1.1几个基本概念系统和环境状态和状态函数热力学平衡过程和途径热和功1.1几个基本概念——系统与环境系统（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。环境（surroundings）与系统密切相关、有相互作用或影响

2、所能及的部分称为环境。系统分类根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（opensystem）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。（3）隔离系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为孤立系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。有无能量交换有无物质交换备注敞开系统有有封闭系统有无本书主要对象隔离系统无无系统分类系统的性质用宏观可测性质来描述系统的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。质量、温

3、度、密度、体积、压强、浓度+系统的性质根据性质的量有没有加和性可分为两类：广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于系统自身的特点，与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。体积、摩尔体积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；它的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）。状态方程系统状态函数

4、之间的定量关系式称为状态方程（stateequation）。对于一定量的单组分均匀系统，状态函数T,p,V之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT热力学平衡态热平衡（系统各部分温度相等。）力学平衡（系统各部的压力都相等）相平衡（多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变）化学平衡（反应系统中各物的数量不再随时间而改变。）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态，它包括下列几个平衡：过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称

5、为过程。途径：实现这一过程的具体步骤称为途径。过程(process)和途径(path)等温过程：dT=0,T=T（环）等压过程：dp=0,p=p（外）等容过程：dV=0绝热过程：Q=0循环过程：∮dX=0可逆过程：无限趋近平衡的条件下进行的过程（非严格定义），实为准静态过程。热和功功（work）Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。热（heat）系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。Q的取号：系统与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：热力学第一定律——能量守恒定律文字表述：自然

6、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。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。第一定律是人类经验的总结。内能（internalenergy）内能也称热力学能（thermodynamicenergy）,它是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。热力学能是状态函数，用符号U表示，它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。1.2热力学第一定律的数学表达式U=Q+W对微小变化：dU=Q+W因为热力学能是状态函数，数学上

7、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。热和功功（work）系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。热（heat）环境对系统作功，W>0；系统对环境作功，W<0。1.如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为系统-------------------------------------()（A）W=0，Q<0，ΔU<0（B）W>0，Q<0，ΔU>0（C）W<0，Q<0，ΔU>0（D）W>0，Q=0，ΔU>0若以电阻丝，水以及绝热水槽为系统又如何？？体积功的计算：功=

8、广义力X广义位移δW=-f外dl=-p