[理学]02热力学第一定律(1)

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1、第一章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics物理化学学习要求：理解热力学基本概念、热力学能和焓的定义；掌握热力学第一定律的文字表述及数学表述。理解热与功的概念并掌握其正、负号的规定；掌握体积功计算，同时理解可逆过程的意义特点。重点掌握运用热力学数据计算在单纯pVT变化、相变化、化学变化过程中系统的热力学能变、焓变以及过程热和体积功。第二章热力学第一定律1.1热力学的研究对象1.2热力学基本概念1.3热力学第一定律1.4体积功1.5定容及定压下的热1.6理想气体的热力学能和焓第二章热力学第一定律1.7热容1.9实际气体的气流膨胀1.10化学反应的热效

2、应1.8理想气体的绝热过程1.11生成焓及燃烧焓1.12反应焓与温度的关系——基尔霍夫方程热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质热力学特点（1）研究对象,N=1020（2）研究方法：宏观方法（3）不涉及时间（4）研究方法1.1热力学的研究对象1.2热力学基本概念1.系统[体系]和环境在科学研究时必须先确定研究对象，把研究的对象称为系统或体系。环境（surroundings）系统以外的与系统相联系的那部分物质称为环境。系统（system）隔开系统与环境的界面可以是实际存在的，也可以是想象的，实际上并不存在的。系统选择的特点：人为性：根据研究对象的不同来划分；界面：真实/假象，

3、理论上认为系统与环境之间的界面不含物质。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）孤立系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离系统。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。（1）状态(state)和状态函数(statefunction)状态定义：系统的物理性质和化学性质的综合表现，即系统的所有性质的总和。状态确定======性质有确定值系统的一些性

4、质，其数值仅取决于系统所处的状态，而与系统的经历无关；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。2.状态和状态函数状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。状态函数定义：用于描述系统状态的宏观性质的数学表达式。通常指热力学系统的性质，成为系统的状态函数。状态函数特点：只与始终态有关，即与发生的变化步骤无关；在数学上具有全微分的性质；状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数；状态函数是状态的单值函数，状态一旦确定，状态函数都有确定值。（2）广度量和强度量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

5、力学变量。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。往往两个容量性质之比成为系统的强度性质，如摩尔体积。（3）热力学平衡态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：热平衡（thermalequilibrium）系统各部分温度相等，而且无绝热壁。力平衡（mechanicalequilibrium）在系统中没有刚壁存在的

6、情况下，系统各部分之间没有不平衡的力存在，即压力相同。相平衡（phaseequilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。化学平衡（chemicalequilibrium）反应系统中各物质的数量不再随时间而改变。过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称为过程。途径：实现这一过程的具体步骤称为途径。3.过程(process)和途径(path)复杂的物理过程：相变，凝聚态变化化学过程：化学反应简单过程恒温过程：dT=0，T1=T2==T（环）恒压过程：dp=0,p1=p2=p（外）恒容过程：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

7、进行的过程（非严格定义），实为准静态过程。按照初末态差别分：系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。1.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。1.3热力学第一定律Q与温度有关正负号规定Q的取号：不是状态函数，与途径有关，途径函数。所以微小热量变化用δQ表示，不能用dQ2.功（work）系统与环境之间传递能量的方式有热和功，除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。功可分为体积功和非体积功两大类。W的取号：W＞0环境对系统作功(环境以功的形式失去能量)W