能量转换及其计算.pdf

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1、第二章第二章能量转化及计算能量转化及计算§2.1热力学基本概念§2.2热力学第一定律§2.3等容热、等压热和焓§2.4热容及热的计算§2.5功的计算、可逆过程12.1热力学基本概念几个基本概念：•系统与环境•状态和状态函数•过程与途径•热力学平衡态21.系统与环境定义系统：我们所研究的那部分物质－被划定的研究对象环境：是系统以外，与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分。系统分类有时把封闭系统和系统影根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：响所及的环境一起作为隔离系统来考虑。封闭系统－－系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。隔离系统－－系

2、统与环境之间既无物质交换，又无能量交换敞开系统－－系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换3举例：封闭系统的例：一个不保温的热水瓶：传热但无物质交换；42.状态与状态函数定义状态：体系一系列性质的综合表现状态性质（函数）：描述状态的宏观物理量几何：体积、面积等；力学：压力、表面张力、密度等；电磁：电流、磁场强度等；化学：摩尔数、摩尔分数等热力学：温度、熵、内能、焓、自由能等5状态函数的特点31同一热力学系统的各种状态函数间存在一定的联系由一定量的纯物质构成的单相系统，只需指定任意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。若对于一定量的物质，已知系

3、统的性质为x与y，则系统任一其它性质X是这两个变量的函数，即：X=f(x,y)例对物质的量为n的某纯物质、单相系统，其状态可由T，p来确定，其它性质，如V，即是T，p的函数。V=f(T,p)62状态一定，体系所有的性质都是确定的，即状态函数是状态的单值函数(状态不变它不变)。状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改变了，状态一定改变。例：理气的等温过程：（P1，V1）→（P2，V2）状态改变了，T不变3状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末态有关，而与变化的途径无关。7状态函数在数学上具有全微分的性质。若x为状态函数，系统从状态A变化至状态

4、B：ⅡⅠ有：∆xⅠ=∆xⅡ=∆xⅢ=xB−xAABxAⅢxB∫∫dx=0A→B→A微小变化若x，y，z皆为状态函数，且nRTz=f(x,y)，则：如理想气体：V=即：V=f(p,T)p⎛∂z⎞⎛∂z⎞dz=dV⎜=⎛⎜⎛⎜⎛⎜⎟∂dxV⎞⎟⎞⎟⎞⎟+⎜⎜⎜⎜⎜⎜dp+⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎛⎜⎛⎜⎛⎜dy∂V⎞⎟⎞⎟⎞⎟dT⎝∂x⎜⎝⎜⎝⎜⎝⎠y∂p⎟⎠⎟⎠⎟⎠⎝∂y⎠⎝x⎝x∂T⎠Tp8状态函数的分类容量性质（或广度性质）：容量性质的数值与体系中物V1,T1质的数量成正比，具有加和性，如：m，n，V，UV2,T2强度性质：强度性质的数值与体系中物质的数量

5、无关，不具有加和V=V1+V2性。如：T,P,ρT≠T1+T29二者的关系：31每单位广度性质即强度性质，CVP=C=VP,mmnn÷2容量性质÷容量性质=强度性质m=ρV3容量性质×强度性质=容量性质103.过程与途径定义�系统从一个状态变到另一个状态，称为过程。�前一个状态称为始态，后一个状态称为末态。�实现这一过程的具体步骤称为途径。途径2状态2(T2，p2)途径1状态1(T1，p1)11过程的类型单纯pVT变化由内部物质变相变化化类型分类化学变化恒温过程(T1=T2=T外）恒外压过程（P外=常数）由过程进行特恒压过程(p1=p2=p外)定

6、条件分类恒容过程(V1=V2)绝热过程(Q=0)循环过程(始态=末态)12途径的特点�一个途径可以由一个或几个步骤组成，中间可能经过多个实际的或假想的中间态，在热力学内容的学习中我们会经常设计途径来解决问题。例：一定T,p条件下H2O(s)H2O(g)C(s)+O2(g)CO2(g)H2O(l)CO(g)+1/2O2(g)相变化化学变化134.热力学平衡态定义在一定条件下，系统中各个相的宏观性质不随时间变化;或体系中所有状态函数不随时间变化而变化的状态。系统若处于平衡态,则系统满足：①内部有单一的温度，即热平衡；②内部有单一的压力，即力平衡；③内

7、部各相组成不变，即相间扩散平衡；④内部各组分的物质的量不变，即化学平衡。145.热和功热（heat）体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。功（work）体系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。功可分为体功W和非体积功W’两大类。符号规定：系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。系统得功，W>0；系统做功，W<0。15热和功的特点：能量量纲，单位“J”或“kJ”；是途径函数非状态函数；微量热记作δQ，不是dQ，一定量的热记作Q，不是∆Q。微量功记作δW，不是dW，一定量的功记作W，不是∆W162.2热力学第一定律•

8、热功当量•能量转化与守恒定律•热力学能•热力学第一定律的文字表述•热力学第一定律的数学表达式171.热功当量�焦耳（Joule）和迈耶(