物化课件02_,热力学第一定律.ppt

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1、第二章热力学第一定律Chapter2TheFirstLawofThermodynamics热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质热力学的特点：研究对象：N>1020宏观方法无涉及时间因素本章目的：能量转换规律物化学习方法2－1基本概念(Importantconcepts)一、系统和环境(Systemandsurroundings)定义：系统——研究对象(也称体系)环境——与系统有相互作用的外界系统的分类开放系统(敞开系统)封闭系统孤立系统系统二、热力学平衡状态定义：状态平衡状态热平衡力学平衡相平衡化学平衡平衡状态包括的具体内容(Thermodynamiceq

2、uilibriumstate)平衡状态三、状态函数(Statefunction)定义：用于描述系统状态的宏观性质。数学表述。特点：（1）相互关联：单组分均相封闭系统有两个独立变量；（无组成变化的封闭系统）（2）变化只决定于初末状态“异途同归，值变相等；周而复始，数值还原”分类：广延性质：与n成正比，有加和性。例如m，V；是n的一次齐函数强度性质：与n无关，无加和性。例如T，p，Vm，；是n的零次齐函数二者的关系：四、过程与途径(Processandpath)按系统初末状态的差异，分为简单物理过程：pVT变化复杂物理过程：相变、混合等化学过程：按过程本身的特点，分

3、为多种多样。物化感兴趣的几种典型过程为：等温过程：T1＝T2＝T环＝const.等压过程：p1＝p2＝p外＝const.等容过程：V＝const.绝热过程：循环过程：五、热量和功(Heatandwork)定义：由于温度不同而在系统与环境之间传递的能量，Q；除热以外，在系统与环境之间所传递的能量，W。符号：系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0环境做功，W>0；系统做功，W<0Q和W是过程量：热力学物理量状态函数过程量A(状态函数)B(状态函数)Ⅰ(过程量)Ⅱ(过程量)(1)Ⅰ和Ⅱ的过程量一般不同：QⅠ≠QⅡ，WⅠ≠WⅡⅠ和Ⅱ的状态函数变化相同：YⅠ＝YⅡ(2)一般

4、Q≠-Q逆，W≠-W逆；但Y＝-Y逆六、内能(Internalenergy)系统的能量动能势能机械能(1)U是状态函数：容量性质，U＝U(T,V)(2)绝对值不可测内能：定义，意义，也称热力学能，U2－2热力学第一定律(TheFirstLawofThermodynamics)定律：能量守恒，叙述方法很多，第一类永动机不可能。不需证明。数学表达式：(1)适用于非敞开系统(2)12ⅠⅡ2－3功的计算(Howtocalculatework)一、功的分类体积功Volumework非体积功电功表面功光轴功，等功二、体积功的计算系统，Vp外dV若体积膨胀或压缩dV(即V→

5、V+dV)，则（1）被积函数为p外（2）此式中的W与第一定律表达式中的W相同吗？W=Fdl==P外Adl=P外dV压缩：dV＜0，P外dV＜0，∴W=－P外dV膨胀：dV＞0，P外dV＞0，∴W=－P外dV总之，W=－P外dVW=∑W=－∑P外dV=－∫P外dVV2V1若系统由初态体积V1变化到体积V2整个过程所作的功:(3)具体过程的体积功：等外压过程：等压过程：自由膨胀：等容过程：理气等温可逆膨胀(压缩)：可逆过程以理想气体的等温膨胀和压缩为例：设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中，活塞上放置四个等重的砝码（相当于4×105Pa）

6、经不同途径，使气体由始态P1=4×105Pa膨胀到P2=1×105Pa。2V始态终态2V1.一次等外压膨胀所作的功W1=-P外（V2-V1）=-P2（V2-V1）2V2.两次等外压膨胀所作的功W2=-（-）-（-）2V3.外压比内压小一个无穷小的值P外=P-dP一次等外压压缩W1’=-P外（V1-V2）=-P1（V1-V2）多次等外压压缩W2’=-（-）-（-）2V3.外压比内压大一个无穷小的值P外=P+dP功与变化的途径有关可逆膨胀，系统对环境作最大功；可逆压缩，环境对系统作最小功。例：1molH2(3000Pa,1m3)H2(1000Pa,3m3)等温膨胀W＝

7、？(1)若p外＝0(自由膨胀)：W＝0(2)若p外＝1000Pa(一次膨胀)：W＝-1000×(3-1)J＝-2000J(3)可逆膨胀：可见，发生同样的状态变化，过程不同，功则不同(热也不同)。三、可逆过程(Reversibleprocess)1.定义：热力学的一类过程，其每一步都可以反向进行而不在环境中引起其他变化。上例：(2)一次膨胀W＝-2000J反向(一次压缩)W逆＝3000×(1-3)＝6000J∴在环境中留下影响。(3)可逆膨胀W＝-3296J反向(可逆压缩)W逆＝3296J∴在环境中没有留下影响。2.特点：(1)“双复原”：逆向进行之后系统恢复到原状

8、态，在环境