热力学第一定律The First Law of Thermodynamics.ppt

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1、热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics广州大学化学化工学院主讲：宋建华教授《物理化学》课程能否造出一种机器：它既不消耗燃料和动力，本身也不减少能量，却可以源源不断地对外做有用功？热力学第一定律热（Heat）功（Work）热力学能（内能）（InternalEnergy）热力学第一定律（TheFirstLawofThermodynamics）1、热(Heat)符号：Q单位：J定义：系统与环境之间由于温度不同而交换的能量。----热是过程函数，与变化的具体途径有关，不是状态函数。----符

2、号规定系统吸热为正Q0系统放热为负Q0注意：能否问一个系统含有多少热？答：不能，因为热是过程函数，不是体系的一个性质。只能说体系的温度是多少。2、功(work)符号：W单位：J定义：除热以外，系统与环境间传递的其它能量。系统与环境之间能量的交换形式只有两种，热和功。-----功是过程函数，与变化的具体途径有关，不是状态函数。-----符号规定环境对系统做功为正W0系统对环境做功为负W0功的分类：膨胀功非膨胀功（压缩功）符号：We（其它功）电功、表面功等符号：W′------气体反抗外压所做的功规定：We

3、=–pedV体积功的计算为何要引入“–”？气体膨胀：dV>0W<0系统对外做负功气体压缩：dV<0W>0环境对系统做正功We=–pedV功与过程(1)自由膨胀(2)反抗恒外压膨胀(3)可逆膨胀设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压,经3种不同途径，体积从V1膨胀到V2所作的功（始终态都一样）。2021/7/28功与过程（1）自由膨胀（freeexpansion）（2）恒外压膨胀（pe保持不变）因为体系所作的功如阴影面积所示。2021/7/28功与过程（3）等温可逆膨胀过程这种过程就是可逆过程，所作的功

4、最大。We,3功与过程总结：相同始终态，不同过程，做的功都不同，充分说明功是过程函数。自由膨胀做功为零3、内能(热力学能)InternalEnergy定义：热力学能（thermodynamicenergy）以前称为内能（internalenergy）,它是指体系内部一切能量的总和，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。符号：U单位：J3、InternalEnergy推论①U是状态函数状态一定，内能一定。内能的改变量U只与始终态有关，而与具体过程无关。②U是容

5、量性质，具有加和性。③U的绝对值不可知。④对于理想气体，U=f(T)，与体积、压力无关。4、热力学第一定律本质：能量守恒与转化定律自然界的一切物质都具有能量，不能凭空产生，也不能凭空消失，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。经验总结2021/7/28第一定律的文字表述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。体系吸收的热量和外界对体系做的功全部用来增加体系的热力学能。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。能量守恒与转化

6、定律2021/7/28第一定律的文字表述第一类永动机（firstkindofperpetualmotionmachine)一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒与转化定律的正确性。2021/7/28第一定律的数学表达式对于宏观变化：U=Q+W对微小变化：dU=Q+W若Q=0,则U=W；若W=0，则U=Q;若U=0,则Q=-W。若Q=0,U=0,则W=0。所谓第一类永

7、动机:Q=0,U=0,却要W<0，显然违背了热力学第一定律。2021/7/28第一定律的数学表达式对于宏观变化：U=Q+W对微小变化：dU=Q+W*内能的微观改变量为dU，宏观改变量为U，不是U。*热的微观改变量是Q，不是dQ，宏观改变量是Q，不是Q。*功的微观改变量是W，不是dW，宏观改变量是W，不是W。(1)自由膨胀(2)反抗恒外压膨胀(3)可逆膨胀再回来看看始终态都相同的三个不同过程：因为内能是状态函数所以三个过程内能的改变都相等。即:Q1+W1=Q2+W2=Q3+W3=U=U2-U1选

8、择题一个绝热的刚性容器内，发生一个燃烧甚至爆炸剧烈的化学反应，体系的温度从T1上升到T2，压强从p1升到p2，则A、W>0，Q>0，△U>0B、W=0，Q>0，△U>0C、W>0，Q=0，△U<0D、W=0，Q=0，△U=0由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所以△U=0。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为另一种形式，而其总值保持不变。（D)判断题根据