SAG等叫热力学体系的宏观性质.PPT

第一章 热力学第一定律 教学目的： 1、熟悉并明确理解热力学理论中的一些基本概念； 2、开始了解热力学研究方法上的某些特点； 3、学习能量转换的一些基本计算方法。 教学内容 §1-1 基本概念 §1-2 可逆过程 §1-3 热力学第一定律 §1-4 两种过程的热------QV，QP §1-5 简单变温过程热的计算 §1-6 关于相变的初步讨论 §1-7 理想气体状态变化时能量转换关系 §1-8 第一定律对化学反应的应用------热化学 §1-1 基本概念 1-1-1 体系-环境 体系（系统）——热力学研究的对象(大量分子、原子、离子等物质微粒组成的宏观集合体)。 环境——与体系通过物理界面(或假想的界面)相隔开并与体系密切相关的周围部分。　　 体系特点 a)是宏观体系； b)体系要占有空间； c)体系是多种多样的，可以是气液固及多个相的体系。 环境特点 a) 体系与环境之间有确定的界面 b)这种界面可以是真实的，也可以是虚构的 c)体系与环境的划分不是固定不变的 根据体系与环境之间发生物质与能量的交换情况，体系分为三类: (i) 敞开体系（open system ）——体系与环境之间既有物质交换也有能量的交换。 (ii)封闭体系（closed system ）——体系与环境之间只有能量交换，而无物质交换。 (iii)隔离体系(isolated system)——体系与环境之间既无物质交换亦无能量的交换，又称孤立体系。 例1 例2 1-1-2 体系的性质、状态及状态函数 1、性质 热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体。这个集合体所表现出来的集体行为，如p、V、T、U、H、S、A、G等叫热力学体系的宏观性质(或简称热力学性质)。 强度性质——与体系中所含物质的量无关，无加和性(如p，T，E 等)； 广度性质——与体系中所含物质的量有关，有加和性(如m，n，V，U，H……等) 。又称容量性质。 2、 状态 　体系的状态是指体系所处的样子，即体系全部物理性质和化学性质的综合体（总和）。 所有性质确定，状态确定；状态一定，所有性质均有确定的值。 要描述体系状态，是否需列出所有性质？ 独立变量数f：描述体系状态时最少需要指定的独立的宏观性质的个数。 对于一定量组成不变的均相体系，体系的独立变量数为2。 例：T=273K，P=101.3kPa的1molO2。 Gibbs相律：f=K-Ф+2 3、状态函数 体系的状态与宏观性质之间具有单值对应关系，因此热力学将体系的宏观性质又称为体系的状态函数。 特点 （1）定态下有定值； a.单值；b.与历史无关，与未来无关。 （2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。 经过一个循环过程： “设计途径法”或称“绕道法” 设计途径必须遵循的原则： （1）物理量可测量； （2）易进行数学运算。 热力学方法的特点 研究大量粒子的宏观体系的宏观性质之间的关系及变化规律； 不考虑微观粒子的微观结构； (iii)不涉及反应的速率和机理。 因此，热力学方法属于宏观方法。 （3）状态函数在数学上具有全微分性质 任一状态函数Y，微分dY，变化值 全微分量的判断方法 （1）微分判别法 1-1-3 热力学平衡态 体系在一定环境条件下，经足够长的时间，其各部分可观测到的宏观性质都不随时间而变，此后将体系隔离，体系的宏观性质仍不改变，此时体系所处的状态叫热力学平衡态。　　 热力学体系，必须同时实现以下几个方面的平衡，才能建立热力学平衡态： (i)热平衡——ΔT=0 (ii)力平衡——Δp=0 (iii)相平衡——无相变 (iv)化学平衡——体系的组成不随时间改变 经典热力学所涉及的状态，一般都是热力学平衡态。 1-1-4 热力学过程 过程 —— 体系由一个状态变化到另一个状态， 我们就说它经历了一个过程。 途径 —— 变化的具体方式常称为途径。 过程与途径这两个概念常常不严格区别。 例： 常见的过程 ① 等温过程：T始=T末=T环=定值 ②等压过程： P始=P末=P外=定值 ③等容过程：体系容积不变 ④绝热过程：体系与环境之间无热交换 ⑤相变过程：体系聚集状态发生变化 ⑥化学变化过程：化学反应　　 　 说明 等压过程： P1=P2=P外 √ P1=P2≠P外 × 始末态压力相等过程 P外 =C， P1≠P2 × 恒外压过程 1-1-5 热力学能、热和功 1、热力学能 体系总体能量状况： （1）整体动能； （2）整体势能； （3）热力学能：