北京化工大学普通物理学第二章热力学第一定律

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1、第二章热力学第一定律本章基本要求§2-1热力学基本概念及术语§2-2热力学第一定律§2-3恒容热、恒压热、及焓§2-4摩尔热容§2-5热力学第一定律对PVT过程的应用§2-6热力学第一定律对相变化的应用§2-7热力学第一定律对化学变化的应用§2-8节流膨胀本章小结与学习指导讨论题一讨论题二第二章热力学第一定律本章基本要求：理解系统与环境；状态、状态函数与过程、途径函数等基本概念，了解可逆过程的概念。掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。理解功、热、内能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。掌握

2、热力学第一定律在纯PVT变化、在相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、内能变、焓变的方法。引言物质是由分子构成的，因分子的热运动和分子间力作用的相对强弱不同，物质呈现出不同的聚集状态，并表现出不同的宏观性质。其中最基本的宏观平衡性质有两类，一类是PVT关系，另一类是热性质，如：热容、相变热、生成热、燃烧热等，还有熵。这两类性质是在宏观层次应用热力学理论研究平衡规律时必须结合或输入的物质特性。与PVT性质一样，热性质的研究也有悠久的历史，最初对热的本质并不清楚，流行的是热质论，直到19世纪中叶，随着热力学第一定律的建立，才

3、认识到热是由于温差引起的能量传递。19世纪下半叶，化学反应热的研究得到很大发展，但当时却错误地认为化学反应的推动力单一地决定于反应热，热力学第二定律的建立，才逐渐认识到化学反应的进行还受到熵的制约。20世纪初热力学第三定律的建立告诉我们，熵仍然要依靠量热的方法求得，熵也是一个热性质。现在热性质的测定以达到相当精确的程度（0。1W）；研究对象扩展到生命系统和生命活性物质、金属有机化合物、各种配合物和分子簇等。理论研究近年来也有很大发展，运用量子化学和分子力学方法，预测热性质的准确度有很大提高。§2-1热力学基本概念及术语一、系统与环境

4、二、系统的性质三、状态和状态函数四、平衡态五、过程和途径六、热和功一、系统与环境1．系统：我们要研究的对象。可以是物质或空间。也称物系或体系。2．环境：系统之外与之有密切联系的那部分物质或空间。3．系统分类：(1)隔离系统（孤立系统）：系统与环境无能量交换，也无物质交换。(2)封闭系统：系统与环境有能量交换，无物质交换。(3)敞开系统：系统与环境有能量交换，也有物质交换。二、系统的性质性质：描述系统的一些可测定的宏观物理化学量。如：P、V、T、n、Vm等。性质可分为两类：强度性质：与物质的数量无关，不具有加和性的性质。如：P、T、Vm

5、广延性质：与物质的数量成正比，具有加和性的性质。如：V、n广/物质的总量=强度性质,如：V/n=Vm三、状态和状态函数１．状态系统的状态是由系统的性质来确定的，是系统物理性质和化学性质的综合表现。２．状态的特点：状态确定所有性质具有确定的值所有性质具有确定的值状态确定性质与状态一一对应，即同一状态某一性质只能为一个值，性质是状态的函数。３．状态函数：热力学性质又称状态函数。４．状态函数（性质）的特征：状态函数的变化量只与始终态有关与过程变化的途径无关。其微小变化可用全微分表示。状态函数（性质）的基本假定：不是彼此独立无关的。对物种

6、、组成不变的系统（处于平衡态），物质的量确定以后，仅有两个独立变化的强度性质。由此可见：对组成及数量不变的系统，某一状态函数可表示为另外两个状态函数的函数。如：压力可表示为体积和温度的函数P=f(T,V)状态有平衡态和非平衡态，这里若非特别指明，状态即指平衡态。四、平衡态１．定义：处于某状态下的系统与其环境之间的一切联系被隔绝，它的所有宏观性质都不随时间变化，则称为平衡态．２．热力学平衡态必须满足的条件：热平衡：系统内部及系统与环境间无绝热壁存在时，没有温差。力平衡：系统内部及系统与环境间无刚性壁存在时，没有压差。物质平衡：无净

7、的物质迁移。包括相平衡和化学平衡。五、过程和途径１．过程：系统状态的变化。２．途径：：系统完成变化过程的具体步骤。３．热力学常见过程：(1)纯ＰＶＴ变化、相变化、化学变化过程。(2)可逆过程与不可逆过程。(3)循环与非循环过程。(4)恒温、恒压、恒容、恒外压、绝热过程。六、过程函数１热：系统与环境因温差引起的能量传递形式。用Ｑ表示。规定Ｑ＞０（正值）表示系统吸热，Ｑ＜０（负值）表示系统放热。单位Ｊ，kJ主要讨论显热、潜热、化学过程热。２功：广义力乘广义位移；是除热之外的系统与环境交换的能量。用Ｗ表示。规定Ｗ＞０（正值）表示系统接受功Ｗ

8、＜０(负值)表示系统对外作功。单位Ｊ，kJ主要讨论体积功、非体积功（非体积功用Ｗ表示）３．体积功：由于系统体积变化，系统与环境交换的能量称为体积功。４．体积功计算　（条件Ｗ＝０）微小功：功：５．过程函数的特点只有系