材料热力学第一章-1热力学第一定律.ppt

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1、1课程的主要内容:热力学第三定律第一定律第二定律应用多组分系统—溶液相平衡化学平衡电化学界面现象2第一章热力学第一定律热力学的理论基础热力学第一定律（能量守恒与转化的规律）热效应热力学第二定律（热功转换的不可逆性）变化方向与限度热力学第三定律（规定熵）化学平衡的有关计算热力学研究物质变化（pVT变化、相变化、化学变化)的能量效应(功与热)和变化的方向与限度，即有关能量守恒和物质平衡的规律。3只研究宏观热力学系统，不涉及分子个体行为；只研究平衡热力学系统，不涉及非平衡热力学；用平衡判据判断系统自发变化的方向与限度，不涉及变化

2、的速率；1.1热力学研究的特点§4只涉及系统变化的始态与终态，不涉及变化的中间过程；是一门从宏观到宏观的学科，它给出的结论是勿容置疑的，但是，它不能回答变化的机理问题；不涉及时间变量，不能解决变化的速率问题。51.系统和环境系统:热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。系统与系统之外的周围部分存在边界。环境:与系统通过物理界面(或假想的界面)相隔开并与系统密切相关的周围部分。1.2热力学基本概念§6图1-1a敞开体系：既有物质交换也有能量交换7图1-1b封闭体系：有能量交换无物质交换8图1-1c隔离体系：体系＋环境9由大量微粒

3、组成的宏观集合体所表现的集体行为，如p,V,T,U,H,S,A,G等叫热力学系统的宏观性质(热力学性质)。两类：强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性(如p,T,E,Um,μB等)；2.系统的宏观性质广度性质：与系统中所含物质的量有关，有加和性(如n,V,U,H,S,G等)。10二者联系：11定义：系统内各部分（本身）的宏观性质都不随时间改变，而且不存在外界或内部的某些作用使系统内以及系统与环境间有任何宏观流（物质流与能量流）、化学反应等发生，此时系统所处的状态叫热力学平衡态。3.热力学平衡态12热力学平衡态应同时有：(i)

4、热平衡：系统各部分T相等。(ii)力平衡：系统各部分p相等；边界不相对位移。(iii)相平衡：系统各相长时间共存,各相组成和数量不随时间而变。水和水蒸气沸点时两相平衡(iv)化学平衡：系统组成不随时间改变。13系统的状态:系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。4.系统的状态和状态函数宏观性质也称为系统的状态函数。14（1）状态函数是系统状态的单值函数；一个平衡态只有唯一一组确定的热力学变量与状态函数描述，不可能存在状态函数的多值性。状态函数的性质15(2)状态函数的改变量只决定于系统的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。

5、如ΔT=T2-T1微小变化dT用全微分表示,积分即得改变量。16（3）系统复原（经历循环过程），状态函数也复原。ΔT=0，Δp=0（4）任何一个状态函数都是其他状态变量的函数。即系统的各状态函数并不是彼此无关的。17对于一定量组成不变的均相流体系统，经验证明：系统的任意宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数。例如T=f（p，V）.T、p、V三个变量，只有两个是独立的。下面再介绍状态函数怎样确定系统的状态：对于多组分的均相系统，系统的状态还与组成有关。例如T=f（p，V,n1,n2,…）。对于多相系统，每一相有自己的状态方程。

6、18状态函数与过程函数：势能（状态函数）；耗油量（过程函数）。已学的状态函数：T、p、V195.系统的变化过程与途径过程：在一定环境条件下，系统由始态变化到终态的经过。p,V,T变化过程,相变化过程,化学变化过程。途径：始态---终态系统所经历过程的具体步骤20(i）等温过程T1=T2＝Tsu过程中温度恒定。dT=0,T=0。(ii)等压过程p1＝p2＝psu过程中压力恒定。dp=0,p=0。始态1终态2几种主要的p,V,T变化过程(iii)等容过程V1=V2过程中体积保持恒定。dV=0,V=0。21状态1状态2循环过程(

7、iv)绝热过程Q＝0仅可能有功的能量传递形式。(v)循环过程所有状态函数改变量为零,如p＝0，T＝0，U＝0。22气体真空图1-2气体向真空膨胀（自由膨胀）(vi)对抗恒定外压过程psu＝常数。(vii)自由膨胀过程(向真空膨胀过程)。如图1-2所示，23相变化过程与饱和蒸气压相变化过程：一定条件下聚集态的变化过程。如气体气化液化升华凝华液体固体()凝固熔化(T,p)(T,p)(T,p)固体()(T,p)晶型转化24饱和蒸气压：p*(l)T一定(相平衡)图1-3液体的饱和蒸气压gl沸点:蒸气压等于外压时的温度;液体：正常

8、沸点:101.325kPa下的沸点;标准沸点:100kPa下的沸点。如:水正常沸点:标准沸点:100℃99.67℃。饱和蒸气压与温度有关。液体蒸气蒸气压力p*(l)平衡T一定或固体蒸气蒸气压力p*(s)平衡T一定251.热☆热力学规定：热用符号Q表