物理化学第二章热力学第一定律课件.doc

《物理化学第二章热力学第一定律课件.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章热力学第一定律§2.1基本概念及术语1.系统与环境系统：热力学把作为研究对象的那部分物质称为系统，亦称为物系或体系。环境：是系统以外与之相联系的那部分物质，环境又称外界。系统与环境之间有界面隔开，这个界面可以是实际存在的，如烧杯，气体与水的界面；也可以是想象的。根据系统与环境之间的联系情况，把系统分为三类：（1）敞开系统（开放系统）：系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭系统：系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。（3）隔离系统（孤立系统）：系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。2.状态和状态函数(

2、1)状态和状态函数性质：描述状态的宏观物理量。例如：温度、熵、内能、压力、摩尔数等。结论：系统的各种性质均随状态的确定而确定，与达到此状态的经历无关。鉴于状态与性质之间的这种对应关系，所以系统的热力学性质又称作状态函数。状态函数的特点：a）系统状态的微小变化所引起的状态函数的变化用全微分表示；b)系统状态变化及其差值只与始态、末态有关，而与变化的具体途径或经历无关。(2)状态函数的分类——广度量和强度量广度量（广度性质）：是指与物质的数量成正比的性质，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。强度量（强度性质）：是指与物质的数量

3、无关的性质，如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。（3）平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：a.热平衡：系统各部分温度相等。b.力学平衡：系统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。c.相平衡：多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。d.化学平衡:反应系统中各物质的数量不再随时间而改变。3.过程与途径1）定义：过程：系统从一个状态变化到另一个状态；途径：完成某个过程的具体步骤或方式。2）常见的变化过程（1

4、）等温过程：在变化过程中，系统的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度。（2）等压过程：在变化过程中，系统的始态压力与终态压力相同，并等于环境压力。（3）等容过程：在变化过程中，系统的容积始终保持不变。（4）绝热过程：在变化过程中，系统与环境不发生热的传递。对那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，系统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）循环过程：系统从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的变量都等于零。3)按系统内部物质变化类型分类pVT变化：组成，聚集态不变

5、相变化：组成不变，聚集态发生变化化学变化：组成变，发生化学反应4.功和热（1）功定义：当系统在广义力的作用下，产生了广义的位移，就作了广义功。说明：系统与环境之间传递的除热以外的其他能量都称为功。功用符号W表示,单位为J。环境对系统作功，W>0；系统对环境作功，W<0。功是途径函数，其数值与变化途径有关。体积功：是指系统因其体积发生变化反抗环境压力而与环境交换的能量。体积功的定义式：（2）热定义：系统与环境之间因温差而传递的能量称为热。说明：热用符号Q表示,单位为J。系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。热是途径函数，其数值与

6、变化途径有关。系统内部不同部分之间交换的能量就不再称为热。5.热力学能：热力学能：又称为内能，它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。说明：热力学能是状态函数，用符号U表示，单位为J；它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。热力学能是广度量。§2.2热力学第一定律1.热力学第一定律表述：是能量守恒与转化定律。说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。第一类永动机：一种既不靠外界提供能量，本身也不

7、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。2.封闭系统热力学第一定律的数学形式ΔU=Q+W或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δQ和δW表示，以示区别。3．焦耳实验焦耳在1843年分别做了如下实验：将两个中间可相通的容器，放在水浴中，先在左球充满气体，右球为真空。打开活塞，气体由左球冲入右球，达平衡。水浴温度没有变化，即Q=0；系统没有对外做功，即W=0；根据热力学第一定律得该过程的。根据实验dU=0，dT=0，而dV≠0，则

8、有即：在恒温时，改变体积或压力，理想气体的热力学能保持不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。§2.3恒容热、恒压热及焓1.恒容热（QV）恒容热：是系统在等容且不作非膨胀功的过程中与环境交换的热。推导：恒容是指在整个过程中系统的体积永远维持不变。由δQ=dU+pambdV+δW′且dV=0