物理化学-印永嘉 第一章 热力学第一定律.ppt

《物理化学-印永嘉 第一章 热力学第一定律.ppt》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、第一章热力学第一定律§1.1热力学的研究对象(1)研究过程的能量效应；(2)判断某一热力学过程在一定条件下是否可能进行。§1.2几个基本概念(1)系统和环境系统可分为三种敞开系统，有能量和物质交换；密闭系统，有能量交换，无物质的交换；隔绝系统，既无能量，又无物质交换。(2)状态和状态性质(状态函数)状态(State)热力学系统所指的状态，是由系统的性质所确定的。这些性质是指化学成分，数量，形态（固，液，气），p，T，V等。反之，当系统的状态一旦被确定以后，那么它的各项性质就会有一个确定的值。状态函数：描述系统状态的宏观性质（如p，T，V等）称为状态函数。状态

2、性质可以分为两类1．容量性质，或称广度性质有加和性，是系统中各部分该性质数值的总和。例如，V，Cp等。2.强度性质，这种性质的数值与系统中物质的量无关；没有加和性。例如，T，p,η，ρ等。(3)过程和途径过程(process)：在一定环境条件下，系统由始态变化到终态的经历。途径(path)：系境由始态变化到终态过程的具体步骤。系统的变化过程分为：p，V，T变化过程，相变化过程，化学变化过程等。几种主要的p，V，T变化过程①定温过程若过程的始态，终态的温度相等，且过程中的温度等于环境的温度，即Tl＝T2=T环，叫定温过程．②定压过程若过程的始态，终态的压力相等

3、，且过程中的压力恒定等于环境的压力，即p1=p2=pex，叫定压过程。③定容过程系统的状态变化过程中体积保持恒定，V1=V2，为定容过程．④绝热过程与环境间而无热的交换，即Q=0，叫绝热过程．⑤循环过程系统由始态经一连串过程又回复到始态的过程叫循环过程。循环过程中，所有的状态函数的改变量均为零ΔT=0，ΔU=0等．⑥对抗恒定外压过程系统在体积膨胀的过程中所对抗的环境的压力，⑦自由膨胀过程(向真空膨胀)如图l—1所示，左球内充有气体，右球内呈真空，活塞打开后．气体向右球膨胀，叫自由膨胀过程（或叫向真空膨胀过程)．(4)热力学平衡如果系统与环境之间没有任何物质和

4、能量交换，系统中各个状态性质又均不随时间而变化，则称系统处于热力学平衡态。包括四个平衡：1．热平衡。系统各个部分之间没有温度差；2．机械平衡,压力相同；3．化学平衡;4．相平衡。§1.3能量守恒——热力学第一定律(1)热力学能（内能）的概念系统内部的能量叫做“热力学能”或者“内能”，用符号U来表示。热力学能U包括了系统中一切形式的能量，如分子的移动能、转动能、振动能、电子运动能及原子核内的能等等，但系统整体的动能和位能不包括在内。热力学能是状态函数。ΔU＝UB-UAU=f(T,V)U的单位是焦耳，J。为容量函数。(2)功和热的概念由于系统与环境之间的温度差而

5、造成的能量传递称为“热”；用符号Q来表示，根据IUPAC的建议系统吸热为正值，而系统放热为负值。除了热以外，在系统与环境之间其它形式的能量传递统称为“功”。符号W来表示，以系统对环境作功为负值，而以环境对系统作功为正值。(3)热力学第一定律的数学表达式ΔU＝Q＋WdU=δQ+δW§1.4体积功(1)体积功因系统体积变化而引起的系统与环境间交换的功称为体积功。δW＝–ƒ外dl＝–p外·Adl＝–p外dV注意：无论膨胀或压缩均用此式计算体积功功为途经有关。图1.3　体积功功与途经有关的例子1．气体向真空膨胀，W=02．气体在恒定外压的情况下膨胀pVwork(点击

6、园柱播放)3可逆膨胀理想气体膨胀，则有p＝nRT/V(2)可逆过程与不可逆过程某过程进行之后系统恢复原状的同时，环境也能恢复原状而未留下任何永久性的变化，则该过程称为“热力学可逆过程”。如果系统发生了某一过程之后，在使系统恢复原状的同时，环境中必定会留下某种永久性变化，即环境没有完全复原，则此过程称为“热力学不可逆过程”。热力学可逆过程有以下特征1．可逆过程进行时，系统始终无限接近于平衡态。可以说，可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态所构成的；2．可逆过程进行时，过程的推动力与阻力只相差无穷小；3.系统进行可逆过程时，完成任一有限量变化均需无限长时间；4．

7、在定温的可逆过程中，系统对环境所作之功为最大功；环境对系统所作之功为最小功。例题1在25℃时，2molH2的体积为15dm3，此气体(1)在定温条件下(即始态和终态的温度相同），反抗外压为105Pa时膨胀到体积为50dm3；(2)在定温下，可逆膨胀到体积为50dm3。试计算两种膨胀过程的功。解(1)此过程的p外恒定为105Pa而始终不变，所以是一恒外压不可逆过程，应当用(1.6)：(2)此过程为理想气体定温可逆过程，故：(3)可逆相变的体积功可逆相变时，恒温恒压，故对于液气相变，ΔV=V(g)—V(1)≈V(g)理想气体：§1.5定容及定压下的热若过程只做体

8、积功而不做其它功，即W‘=0，则定容定容热QV亦必然