大学物理化学经典课件1-2-热力学第一定律.ppt

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1、物理化学BI—第一章DU=Q+W2021/10/221.1热力学基本概念1.1.1体系与环境1.1.2体系的性质、状态及状态函数1.1.3热力学平衡态1.1.4热力学过程1.1.5热力学能、热和功2021/10/221.1.2体系的性质性质：热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体。这个集合体所表现出来的集体行为，如p、V、T、U、H、S、A、G等叫热力学体系的宏观性质(或简称热力学性质)。广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量等。

2、这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。2021/10/22体系的状态状态：如体系中物质的数量，化学成分，温度，压力，物态都确定，就称该体系处在一定的状态，也可以说状态是体系的物理性质和化学性质的综合表现。所有性质确定，状态确定；状态一定，所有性质均有确定的值。2021/10/22体系的状态要描述体系状态，是否需列出所有

3、性质？独立变量数f：描述体系状态时最少需要指定的独立的宏观性质的个数。对于一定量组成不变的均相体系，体系的独立变量数为2。例：T=273K，P=101.3kPa的1molO2。2021/10/22体系的状态函数状态函数（statefunction）：描述体系状态的宏观物理量都叫状态函数或叫状态性质，例如温度，压力，体积，质量，密度，浓度等等都是体系的状态函数。宏观可测性质用来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。体系的状态与宏观性质之间具有单值对应关系，因此热力学将体系的宏观性质又称为体系的状态函数。2021

4、/10/22状态函数的特点（1）定态下有定值；a.单值；b.与历史无关，与未来无关。2021/10/22状态函数的特点（2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。Question经过一个循环过程：2021/10/22“设计途径法”或称“绕道法”设计途径必须遵循的原则：（1）物理量可测量；（2）易进行数学运算。2021/10/22热力学方法的特点和局限性热力学方法的三大特点：不管物质结构不管过程的细节没有时间概念局限性：只知其然而不知其所以然2021/10/22状态函数的特

5、点（3）状态函数在数学上具有全微分性质任一状态函数Y，微分dY，变化值状态函数在数学上是一个全微分量，而状态函数的微分是全微分。2021/10/22状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（stateequation）。对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V之间有定量的联系。经验证明，三个状态函数中只有两个是独立的，另一个随之而定。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=nRT2021/10/221.1.3热力学平衡态当体系的诸性质不

6、随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：热平衡（thermalequilibrium）体系中各部分的温度都相等，无温度差。力学平衡（mechanicalequilibrium）体系各部分的压力都相等，无不平衡的力存在。2021/10/22热力学平衡态相平衡（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）反应体系中各物质的数量不随时间而改变。2021/10/221.1.4热力学过程体系由一个状态变到另一个状态叫过程，或者说

7、体系状态发生的一切变化都叫过程，变化前的状态叫始态变化后的状态叫终态。体系由同一始态到同一终态的不同方式叫途径。过程与途径这两个概念常常不严格区别。例：2021/10/22常见的过程①等温过程（isothermalprocess)T始=T末=T环=定值②等压过程（isobaricprocess)P始=P末=P外=定值③等容过程（isochoricprocess)体系容积不变2021/10/22常见的过程④绝热过程（adiabaticprocess)体系与环境之间不发生热的传递。对那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，体系

8、与环境来不及发生热交换，那个瞬间可近似作为绝热过程处理。⑤相变过程：体系聚集状态发生变化⑥化学变化过程：化学反应2021/10/22说明等压过程：P1=P2=P外√P1=P2≠P外×始末态压力相等过程P外=C，P1≠P2×恒外压过程2021/10/221.1.5热力学能、热和功热力学能体系总体能量状况：整体动能、整体