物化 01章_热力学第一定律及其应用

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1、第一章热力学第一定律1.热力学概论2.几个基本概念3.热力学第一定律4.功与过程及可逆过程5.等容及等压下的热6.热容2021/7/24第一章热力学第一定律7.热力学第一定律对理想气体的应用8.热化学9.赫斯定律10.几种热效应11.基尔霍夫定律2021/7/241.1热力学概论（1）热力学的定义（2）热力学的组成热力学第一定律：1850焦耳迈耶尔热力学第二定律：1850开尔文克劳修斯热力学第三定律：20世纪初热力学是研究能量相互转换过程中遵循的规律的科学。2021/7/241.1热力学概论（3）热力学的研究对象研究各种物理变化和化学变化

2、过程中所发生的能量效应第一定律研究化学变化的方向和限度第二定律阐明绝对熵的数值第三定律2021/7/241.1热力学概论研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。局限性不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。（4）热力学的特点2021/7/241.2几个基本概念系统：把一部分物体从其它部分划分出来作为研究的对象，这一部分物体即称为系统。环境：系统以外并且与系统有相互作用的部分称为

3、环境。（1）系统和环境1.敞开系统系统与环境既有物质交换，又有能量交换。2.封闭系统系统与环境无物质交换，但有能量交换。3.孤立系统系统与环境既无物质交换，又无能量交换，又称隔离系统。2021/7/24（2）状态和状态函数状态：指系统的宏观的物理性质和化学性质。状态函数：状态性质，描述系统性质的宏观物理量。质量，温度，压力，体积，浓度，密度，粘度，折光率等；内能，焓，熵，自由能均是状态函数。广度性质(容量性质)：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：与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。两个容量

4、性质之比成为系统的强度性质，如密度等。2021/7/24（2）状态和状态函数状态函数的特性：只取决于系统的起始和最终状态。状态函数在数学上具有全微分的性质。系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程。对于一定量的单组分均匀系统，状态函数T,p,V之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=f(p,V)；p=f(T,V)；V=f(p,T)例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT2021/7/24（3）过程和途径2.途径：系统状态发生变化所采取的具体步骤。1.过程：系统状态所发生的一切变化。等温过程，等压过

5、程，等容过程及绝热过程等。25oC，105Pa25oC，5×105Pa100oC，105Pa100oC，5×105Pa等温过程等温过程等压过程等压过程2021/7/24（4）热力学平衡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，它包括下列几个平衡：1.热平衡(thermalequilibrium)系统各部分温度相等。2.力学平衡(mechanicalequilibrium)没有刚壁存在的前提下，系统各部分的压力处处相等。3.相平衡(phaseequilibrium)多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。4.化学平衡(che

6、micalequilibrium)化学反应系统中各物的数量不再随时间而改变。2021/7/24（5）功和热系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。功(W)：系统与环境之间传递的除热以外的其他能量热(Q)：系统与环境之间因温差而传递的能量。f、E、p、γ为强度性质l、Q、V、A为容量性质功的种类机械功W=∫fdl电功W=∫EdQ表面功W=∫γdA体积功W=–∫p外dV环境对系统作功，W>0。系统对环境作功，W<0；Q和W都不是状态函数，与变化途径有关2021/7/241.3热力学第一定律（1）热功当量焦耳和迈耶尔(Mayer)自1840年起，用

7、各种实验求证热和功的转换关系，得到如下结果：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。1cal=4.184J2021/7/24（2）能量守恒定律到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。2021/7/24（3）内能内能（热力学能）,它是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、转动能、振动能、电子运动能、原子核能以及各种粒子之间的相互作用能等等。内能是具有容量性质的

8、状态函数，用符号U表示，它的绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。2021/7/24（4）热力学第一定律U=Q+W微小变化dU=Q+W内能U是状态函数，数学上具有全微分性质，微小变化可用