热力学第一定律及其应用(I)

《热力学第一定律及其应用(I)》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、1热力学第一定律及其应用1.1热力学的研究对象和概念1.2热力学第一定律1.3热与过程1.4热容1.5功与过程1.6热化学2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念1.1.1体系（System）和环境（surrounding）体系：用于研究的对象（包括物质和空间）环境：体系以外与体系密切相关的物质或者空间热力学的研究对象是具有足够大量的质点（原子、分子）所构成的集合体。2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（1）敞开体系（opensystem）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2021/7/21

2、1.1热力学研究的对象和基本概念（2）封闭体系（closedsystem）体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念（3）孤立体系（isolatedsystem）体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念生活中的孤立体系2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念1.1.2状态和状态函数热平衡（thermalequilibrium）体系各部分温度相等。状态：体系一切性质的总和，如温度，压

3、力，体积，组成。热力学所指的状态一般均指热力学平衡状态2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念相平衡（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）反应体系中各物的数量不再随时间而改变。力学平衡（mechanicalequilibrium）体系各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念状态函数:体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的

4、途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（statefunction）。状态函数在数学上具有全微分的性质。状态方程：描述均相体系状态函数之间的定量关系式P=f(T,V)对于多组分均相体系，体系的状态与组成有关P=f(T,V，n1,n2,…nk)2021/7/211.1热力学研究的对象和基本概念用于描述体系热力学状态的宏观性质称为体系的性质，又称热力学变量广度性质（extensiveproperties）它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。指定了物质的量的广度性质即成为强度性质，如摩尔热容，摩尔体积等。强度性质（intensive

5、properties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的物质的量无关，不具有加和性，如温度、压力等。1.1.3体系的性质2021/7/211.2热力学第一定律Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。体系吸热，Q>0；体系放热，Q<0。1.2.1热和功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。Q的取号：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。W的取号：环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0。体积功W=-P(V2-V1)其他类型的功都叫做非体积功P62021/7/211.2热力学第一定律焦耳（Joule）和迈耶(May

6、er)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。即：1cal=4.1840J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。2021/7/211.2热力学第一定律热力学能（thermodynamicenergy）以前称为内能（internalenergy）,它是指体系内部能量的总和，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。1.2.2热力学能U=f(T,V)→dU=(ąU/ąT)VdT+(ąU

7、/ąV)TdvU=f(T,p)→dU=(ąU/ąT)pdT+(ąU/ąp)Tdp2021/7/211.2热力学第一定律到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：自然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。1.2.3热力学第一定律2021/7/211.2热力学第一定律热力学第一定律（TheFirstLawofThermodynamics）是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为

8、：第一类永