热力学第一定律课件(整理版).ppt

第二章热力学第一定律;第二章 热力学第一定律;第二章 热力学第一定律; 2.1 热力学基本概念; 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：;（2）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。;（3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离系统 。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。; （1） 状态(state)和状态函数(state function) 状态函数的性质： 1、其数值仅取决于系统所处的状态，而与系统的经历无关； 2、它的变化值仅取决于系统的始态和终态（等于末态与始态的差值），而与变化的途径无关。;3、系统状态确定，各个状态函数的数值也确定，反之，对于给定的单相系统，如果确定了两个独立变化的性质，系统状态确定。 4、状态函数在数学上具有全微分的性质。;（2） 广度???和强度量 用宏观可测性质来描述系统的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：;（3）平衡态 系统中的各个相的热力学性质不随时间变化，且将系统与环境隔离后，系统的性质仍不改变的状态：;相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。; 过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称为过程。 途径： 实现这一过程的具体步骤称为途径。 恒温过程： dT=0,T=Tamb 恒压过程： dp=0, p=pamb 恒容过程： dV=0 绝热过程： Q=0 循环过程： ∮dX=0 可逆过程：无限趋近平衡的条件下进行的过程 （非严格定义），实为准静态过程。;单相体系的pV图;系统吸热，Q 0；;Q不是状态函数，所以不具有全微分性质。;2.功（work）;功 ;体积功通式的推导;体积功的计算;功与途径有关;(*)pV图的应用—功的求算;解： 解得p与V的函数关系有： p/kPa = -2V/dm3 +120 W = - ∫ pambdV = - ∫ pdV = - ∫(-2V+120)dV = (V22-120V2) - (V12-120V1) = -2400 J ;方法二： 路径下方覆盖的梯形面积为过程的W，则 W = (20+100)*(50-10)/2 = 2400 J; 热力学能（thermodynamic energy）以前称为内能（internal energy）,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。; 4.热力学第一定律 （The First Law of Thermodynamics）; 热力学第一定律是能量守恒定律在热现象领域内的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。;(*)焦耳实验 ;从焦耳实验得到结论：;2.3 恒容热、恒压热、焓;2.恒压热 恒压热是系统在恒压且非体积功为零的过程中与环境交换的热。 恒压过程：dp=0, p=pamb 因为W’ = 0，所以：ΔU = Q – pΔV = Q – Δ(pV) 即： Δ(U + pV) = Q;a.焓是状态函数b.在恒温时，改变体积或压力，理想气体的焓保持不变。即：;;热力学第一定律的基本关系式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W’=0)：W = 0，ΔU = QV 恒压(W’=0)： ΔH = Qp 恒容+绝热(W’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W’=0) ：ΔH = 0 恒温过程：Q + W = 0（适用于无相变，无化学反应的理想气体） ;2.4 热容、恒容变温过程、恒压变温过程;定压热容Cp：;定压摩尔热容Cp,m：; 热容随温度变化，常用级数形式表示热容对温度的依赖关系：;平均摩尔定压热容;对于理想气体;(*)任意恒容变温过程;(*)任意恒压变温过程;2.理想气体的pVT变化过程;这个公式适用于所有凝聚态物质变温的过程。;例题 带活塞的绝热气缸中有4mol某双原子理想气体。始态温度T1=298K，压力p1=100kPa。今将活塞外环境的压力从100kPa突然降到50kPa，求末态温度T2及过程的W，ΔU和ΔH。;例题 绝热恒容的密闭容器中有一绝热耐压隔板，隔板两侧分别有3mol，0℃，50kPa的单原子气体A及7mol，100℃，150kPa的双原子理想气体B。现将隔板去掉，两种气体自动混合达到平衡态。 求末态的T，P及过程的