第二章------热力学第一定律.ppt

《第二章------热力学第一定律.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章热力学第一定律热力学是物理化学的重要内容之一，其主要基础是热力学第一定律和热力学第二定律。第一定律的本质是能量守恒，因而是定量研究各种形式能量转化的基础。如研究伴随着系统变化过程而与环境交换的热、功等。2.1热力学基本概念及术语1.系统和环境系统:热力学研究的对象(大量微粒组成的宏观集合体)。系统与系统之外的周围部分存在边界。环境:又称外界。与系统通过物理界面(或假想的界面)相隔开并与系统密切相关的周围部分。(1)系统的状态和状态函数系统的状态:系统所处的样子。这里所说的状态指的是静止的系统内部的状态，即其热

2、力学状态。纯物质单相系统：有各种宏观性质如p,V,T,U,H,S,A,G等。热力学用系统的所有性质来描述系统的状态。因此宏观性质也称为系统的状态函数。状态函数有如下特征：2.系统的状态和状态函数(i)对于一定量纯物质组成的均相系统，系统的任意宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数:Z＝f(x,y)，如(ii)状态函数的改变量只决定于系统的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。即状态函数的改变量＝系统终态的函数值－系统始态的函数值如ΔT=T2-T1,ΔU=U2－U1(iii)状态函数的微变dX为全微分。全微分的积分与

3、积分途径无关，即以V=f(p,T)为例全微分为偏微分之和：混合物的单相系统：除了两个上述性质之外，还与该相的组成有关。有n个相的系统：只有当系统的每个相的状态均确定之后，整个系统的状态才完全确定。按其性质的数值是否与物质的量有关将宏观性质分为两类：强度量（强度性质）：与系统中所含物质的量无关，无加和性(如p,T等)；广度量（广度性质）：与系统中所含物质的量有关，有加和性(如n,V,U,H等)(2)广度量和强度量物质性质分为广度性质和强度性质。前面提到的p,V,T,U,H,S,A,G等均为宏观性质。微观性质则是指原子

4、、分子等粒子的结构、运动状况、它们之间的相互作用等等。宏观性质与微观性质有关，是微观粒子的综合体现。热力学中讨论的是系统的宏观性质，通常简称性质。定义：系统在一定环境条件下，经足够长的时间，其各部分可观测到的宏观性质都不随时间而变，此后将系统隔离，系统的宏观性质仍不改变，此时系统所处的状态叫热力学平衡态。热力学平衡态应同时具有：(i)热平衡：系统各部分T相等；若不绝热,则T系统=T环境。(ii)力平衡：系统各部分p相等；边界不相对位移。(iii)相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。(iv)化学平衡：

5、即宏观上系统内的化学反应已经停止。(3)热力学平衡态3.过程与途径(1)过程过程：在一定环境条件下，系统由始态变化到终态的经过。途径：始态---终态系统所经历的具体步骤的的总和。同一过程可以有很多不同的途径来实现。系统的变化过程分为：p,V,T变化过程,相变化过程,化学变化过程。(i）恒温过程T1=T2＝Tamb过程中温度恒定。(ii)恒压过程p1＝p2＝pamb过程中压力恒定。(iii)恒容过程V1=V2过程中体积保持恒定。(iv)绝热过程Q＝0仅可能有功的能量传递形式。(v)循环过程所有状态函数改变量为零,如

6、p＝0，T＝0，U＝0。始态1终态2气体真空图1-1气体向真空膨胀（自由膨胀）状态1状态2循环过程(2)几种主要的p,V,T变化过程(vi)对抗恒定外压过程pamb＝常数。(vii)自由膨胀过程(向真空膨胀过程)。如图1-1所示，2.2热力学第一定律热和功是系统状态发生状态发生变化的过程中，系统与环境间交换能量的两种方式。它们的值除与系统的始末状态有关外，还与变化的途径有关，他们不是状态函数，也不能说某一状态具有多少热和功，只能说系统由一状态变化到另一状态时吸收或放出了多少热，作了多少功。它们的微小变化不能用

7、全微分的形式表示。热力学第一定律的本质是能量守恒定律。它表示系统的热力学状态发生变化时系统的热力学能与过程的热与功。1.热定义：Q＞0系统从环境吸热，Q＜0系统向环境放热。Q不是状态函数,不能以全微分表示,微小变化过程的热,用δQ表示,不能用dQ。热由于系统与环境间温度差的存在而引起的能量传递形式。用符号Q表示。单位：J只知始末态，而不知变化的具体途径，无法计算过程的热，也不能假设途径来求算过程的实际热。2.功定义：W＞0环境对系统作功(环境以功的形式失去能量)，W＜0系统对环境作功(环境以功的形式得到能

8、量)。W不是状态函数,不能以全微分表示,用δW表示,不能用dW。系统体积V变化时与环境传递的功；体积功体积功以外的其它功,以W'表示,如,机械功,电功,表面功等。非体积功功功由于系统与环境间压力差或其它机电“力”的存在引起的能量传递形式。用符号W表示。单位：J同热一样，只知始末态，而不知变化的具体途径，无法计算过程的功，也不能假设途径来求算过程的实际功。2