[理化生]Chapter1热力学第一定律1学生.ppt

热力学原理应用于化学过程，要解决的问题 第1章 热力学第一定律 1.1 热力学基本概念 1.1.1 系统与环境 系统 a)是宏观体系； b)系统要占有空间； c)系统是多种多样的，可以是气液固及多个相的系统。 常见界面： 2003年诺贝尔化学奖由罗德里克·麦金农和彼得·阿格雷两人获得。 阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。 彼得·阿格雷，约翰·霍普金斯大学医学院教授。罗德里克·麦金农，美国洛克菲勒大学的休斯医学院教授。 近几年诺贝尔化学奖及生理学或医学奖的结果都显示出了当代科学跨领域研究的趋势。 将甲醇放入冰水浴里液化，系统选取不同时，环境和界面有何变化？ 问题（Question） “设计途径法”或称“绕道法” 全微分量的判断方法 热力学方法的特点和局限性 ④绝热过程（adiabatic process) 系统与环境之间不发生热的传递。 对那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，体系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相变过程：系统聚集状态发生变化 ⑥化学变化过程：系统内发生化学反应 1.2.1 热功当量与能量守恒定律 1）U是状态函数，属容量性质；2）定态下有定值；3）ΔU只决定于始末态，与变化的路径无关； 热力学能说明 热力学能的绝对值无法确定，但一个体系在某一状态下它的热力学能是多少没有意义，这并不影响我们讨论问题，我们关心的焦点是体系由始态变到终态后热力学能的改变量是多少。 2）Q和W的特点 例题1 1.2.3 热力学第一定律的数学表述 例题2 解： Homework 复习：P1～P5， P8～P9 预习：P6～P7，P10～P13， 思考题：1-13，1-14 习题：1-1， 1-2，1-8， ① 等温过程（isothermal process) T始=T末=T环=定值，dT=0 ②等压过程（isobaric process) P始=P末=P外=定值，dP=0 ③等容过程（isochoric process) 体系容积不变，dV=0 2）典型的过程 自由膨胀过程： P外=0 常见的过程 1.2.1 热功当量与能量守恒定律 1.2.2 热力学能、热和功 1.2.3 热力学第一定律的表述 1.2.4 可逆过程 1.2 热力学第一定律 焦耳（Joule )和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。 这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。 1 cal = 4.1840 J 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为： 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。 a) 普朗克的能量子的发现； b) 爱因斯坦的充电效应公式； d) 相对论中的质能公式 c) 玻尔原子结构中的频率公式； 现代科学的发展，也充实了能量守恒与转化原理： 把能量守恒与转化定律应用在热力学体系中就得到了热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）它是能量守恒定律在热现象领域内所具有的特殊形式。 热力学第一定律是人类经验的总结。 又称为内能（internal energy），它是指体系内部能量的总和，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。 热力学能用符号U表示。 1.2.2 热力学能、热和功 （1）热力学能（Thermodynamic energy） 1）定义：体系总体能量状况 整体动能、整体势能、热力学能 2) 焦耳系列实验 绝热封闭系统 搅拌水作功 开动电机作功 压缩气体作功 结论： 无论以何种方式，无论直接或分成几个步骤，使一个绝热封闭系统从某一始态变到某一终态，所需的功是一定的，这个功只与系统的始态和终态有关。 始态(T1,V1) 终态(T2 ,V2) 途径1，W 途径2，W 途径3，W 绝热封闭系统 状态改变，整体势