热力学第一定律热力学概论教学课件精品PPT课件.ppt

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1、热力学发展初期，只涉及热和机械功间的相互转换关系，这是由蒸汽机的发明和使用引起的。现在，其他形式的能量如电能、化学能、辐射能等等也纳入热力学研究范围。2.一定条件下某种过程能否自发进行，若能进行，则进行到什么程度为止，即变化的方向和限度问题。二、热力学体系的基础（基石）热力学的一切结论主要建立在两个经验定律的基础之上，即热力学第一定律和热力学第二定律（这是19世纪发现的，后面将详细讲述）。所谓经验定律，应有如下特征：1.是人类的经验总结，其正确性是由无数次的实验事实所证实的；2.它不能从逻辑上或其他理论方法来加以证明（不同于定理）。20世纪初，又发现了热力学第三定律。虽然

2、其作用远不如第一、第二定律广泛，但对化学平衡的计算具有重大的意义。三、化学热力学热力学在化学过程中的应用构成“化学热力学”，其研究对象和内容：1.判断某一化学过程能否进行（自发）；2.在一定条件下，确定被研究物质的稳定性；3.确定从某一化学过程所能取得的最大产量的条件。*这些问题的解决，将对生产和科研起巨大的作用。四、热力学的应用1.广泛性：只需知道体系的起始状态、最终状态，过程进行的外界条件，就可进行相应计算；而无需知道反应物质的结构、过程进行的机理，所以能简易方便地得到广泛应用。2.局限性：a.由于热力学无需知道过程的机理，所以它对过程自发性的判断只能是知其然而不知其

3、所以然，只能停留在对客观事物表面的了解而不知其内在原因；b.其研究对象是有足够大量质点的体系，得到物质的宏观性质（故无需知物质的结构），因而对体系的微观性质，即个别或少数分子、原子的行为，热力学无法解答。c.热力学所研究的变量中，没有时间的概念，不涉及过程进行的速度问题。热力学无法预测过程什么时候发生、什么时候停止。（这对实用的化学反应来讲显然是不够的，需用化学动力学来解决）。§1.2几个基本概念一、体系和环境将某一事物的一部分从其他部分划分出来，作为研究对象，而这一部分的物质称为“体系”；体系以外的部分叫做“环境”。“体系”与“环境”之间应有一定的“边界”，这个边界可以

4、是真实的物理界面（如图1（2），（3）），亦可以是虚构的界面（如图1（1）中反应瓶口的虚线）。例如：我们可以把反应瓶内（包括反应瓶）物质称“体系”，外部环境称“环境”。图1.体系与环境示意图二、体系的分类根据体系与环境的关系，体系可分三类：1.敞开体系：体系与环境间既有物质交换，也有能量交换（如：热交换，图1.1）；2.封闭体系：体系与环境间没有物质交换，只有能量交换（功、热交换等，图1.2）；3.孤立（隔离）体系：体系与环境间既无物质交换，也无能量交换，图1.3）。说明：a.体系与环境的划定（或选择）并没有定规，完全根据客观情况的需要，以处理问题的方便为准。如图1.3的

5、反应，若我们需划出一个孤立体系，严格地讲，应该把隔热层反应瓶也归入体系，以使体系与环境无热交换；若想划出一个封闭体系，则可把反应瓶归入环境。b.热力学研究的是能量交换的规律，所以（除非特别说明）一般情况下讨论的是封闭体系。三、状态和状态函数1.状态：是指某一热力学体系的物理性质和化学性质的综合表现；确定（规定）体系状态性质的是体系的状态函数；即体系在不同状态下有不同的状态函数，相同的状态下有相同的状态函数。2.状态函数：体系宏观物理量，如：质量（m），温度（T），压力（P）体积（V），浓度（c），密度（）粘度（），折光率（n）等等。这些宏观性质中只要有任意一个发生了变

6、化，我们就说体系的热力学状态发生了变化。3.状态函数的分类(1)容量性质：状态函数值与体系中物质的数量成正比，在体系中有加和性，如体积（V），质量（m）、热容（C）等；(2)强度性质：状态函数值与体系中物质的数量无关，无加和性，整个体系的强度性质值与各部分性质值相同，如密度（）、浓度（c）、压力（P）等。(3)状态函数间的相互关系a.往往两个容量性质之比就成为体系的强度性质。例如：密度=m/V，比热c=C/m，等等。b.体系的热力学状态性质只说明体系当时所处的状态，而不能推断体系以前的状态。例如：1atm100C的水，只说明水处于100C，但不能知道这100C的

7、水是由水蒸汽冷凝而来，还是由液态水加热得到。体系的某一状态在状态空间里只是一个点，它以前的历史，即它是怎么过来的是不能确定的。c.体系状态函数之间有相互联系，并非完全独立。如果体系的某一状态函数发生变化，那么至少将会引起另外一个状态函数、甚至多个状态函数的变化。例如：理想气体在恒温条件下体积缩小至1/2，必然会引起其压力增大一倍。（4）推论由于体系状态函数之间并非完全独立，所以要确定一个体系的热力学状态，并不需要确定其所有的状态函数，而只要确定其中几个。至于究竟需要几个状态函数，热力学本身并能预见，对不同的研究体系，只能依靠经