第一章经典热力学基础(1)

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1、物理化学电子教案—第一章经典热力学基础TheFirstLawofThermodynamics基本内容第一节热力学基本概念第二节热力学第一定律第三节可逆过程与最大功第四节焓与热容第五节热力学第一定律对理想气体的应用第六节热化学第七节热力学第二定律第八节卡诺循环和卡诺定理第九节过程的热温商与熵函数第十节熵变的计算第十一节熵的统计意义和热力学第三定律第十二节亥姆赫兹自由能和吉布斯自由能第十三节热力学函数间的基本关系式第一节热力学基本概念1、系统与环境：(1)系统（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开。这种被划定研究对象称为系统，亦称为物系或体系。(2)环境（surro

2、undings）在系统之外，与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。(3)系统的分类：(根据体系与环境之间的关系)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。比较：敞开系统——有能量得失，有物质进出；封闭系统——有能量得失，无物质进出；孤立系统——无能量得失，无物质进出；2、系统的宏观性质对于一个热力学系统，可以用一系列宏观可测物理量（如温度、压力、体积、浓度等）来描述

3、其状态。这些宏观可测的物理量称为系统的宏观性质。（通常称为热力学变量）分类：（1）广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，与系统的数量成正比，这种性质有加和性。（2）强度性质（intensiveproperties）强度性质与系统的数量无关，不具有加和性。3、热力学平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则该系统处于热力学平衡态。包括：热平衡（thermalequilibrium）系统各部分温度相等；力学平衡（mechanicalequilibrium）系统各部的压力都相等；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（c

4、hemicalequilibrium）反应系统中各物质的量及组成不再随时间而改变；4、状态和状态函数(stateandstatefunction)(1)、状态系统一切性质(包括物理性质与化学性质)的综合表现。如非特别指明，状态(定态)即指平衡态(2)状态函数在热力学中，把用以描述系统状态的参数称为状态函数。特点：A：状态一定，状态函数也一定；B：如果状态发生变化，则状态函数的变化仅决定于系统的初态和终态。C：状态函数在数学上具有全微分性质；5、过程与途径过程——系统所发生的一个变化。途径——变化的具体形式。(1)等压过程——P1=P2=P外(2)等容过程——V1=V2(3)等温过程——T1=T

5、2=T源(4)绝热过程——系统与环境无热交换。(5)等温等压——T1=T2=T源，P1=P2=P外(6)恒温恒容——T1=T2=T源,V1=V2(7)循环过程——系统从某一始态出发，经过一系列变化，又回到始态。几个特殊过程第二节热力学第一定律1、热（heat）系统与环境之间因温差而传递的能量形式称为热，用Q表示,单位J。系统吸热：Q>0；系统放热：Q<0；2、功（work）（1）体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用W表示，单位J。（2）分类：膨胀功We和非膨胀功Wf（3）W的取号：系统对环境作功：W<0；环境对系统作功：W>0；（即系统从环境中得到功）请注意1.Q和W都不是状态函

6、数，其数值与变化途径有关；2.Q和W不具有全微分性质，其微小改变量用表示，如、3.体积功的表示为：3、热力学能（内能）是指系统内部能量的总和，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。是状态函数，用符号U表示，单位J，具有广度性质。其绝对值无法测定，只能求出它的变化值。U=Et+Er+Ev+Ee+En+Ej4、热力学第一定律（TheFirstLawofthermodynamics）定义：人们不可能制造一种不需提供能量而源源不断对外做功的机器。第一定律的数学表达式U=Q＋W（1）对微小变化：dU=Q＋W（2）物理意义：U=Q＋W以热和功的

7、形式传递的能量之和，必定等于系统热力学能的变化。实质就是能量守恒和转化定律，即“自然界中一切物质都具有一定能量，能量有各种不同形式，但不管如何转换，能量既不能创造，也不能消灭，在转换过程中，总能量是保持不变的”。或者可以表述为“第一类永动机是不可能制造成功的”。请注意：因为热力学能是状态函数，数学上具有全微分性质，微小变化可用dU表示；Q和W不是状态函数，微小变化用表示，以示区别。dU=Q＋