[理学]3热力学第一定律.ppt

物理化学电子教案—第二章 热力学的方法和局限性 §2-1热力学基本概念及术语 §2-2热力学第一定律 §2-3恒容热、恒压热、及焓 §2-4摩尔热容 §2-5热力学第一定律对理想气体的应用 §2-6热力学第一定律对一般固、液体的应用 §2-7热力学第一定律对实际气体的应用 §2-8热力学第一定律对相变化的应用 §2-9热力学第一定律对化学变化的应用 本章小结与学习指导 一、系统与环境 系统分类 系统分类 系统分类 注意以下几点 系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换； 热力学系统是在一定宏观约束下由大量粒子组成的客体。其宏观约束指体系满足宏观条件对体系的限制，可用宏观参量（V，A，l，T等）描述；大量指满足热力学极限条件（N=6.02?1023，cm3，m3）； 系统的边界可以是多种多样： 可以是实际的，也可以是假想的。如刚性壁，活动壁，绝热壁，半透壁等)如刚性壁，活动壁，绝热壁，透热壁，半透壁等； 不同系统有不同的环境，常用热源这一概念描述； 系统可以是多种多样的：单组分，多组分，固体，液体，气体，化学反应体系，单相，多相，双相。 例7 装置如图，始态时绝热理想活塞两侧容器各为20dm3，均充满25℃, p?的N2。对左侧气室缓慢加热，直至室内压力为2p?。请分别以右室气体，左室气体和全部气体为系统，求算Q, W, ?U, ?H（N2可视为理想气体） 二、系统的性质 状态方程 四、热力学平衡态 热力学平衡态 热力学平衡态 例：判断下图中系统为热平衡吗？ １热：系统与环境因温差引起交换的能量。 用Ｑ表示。规定Ｑ＞０（正值）表示系统吸热， Ｑ＜０ （负值）表示系统放热。单位J，kJ 主要讨论显热、潜热、化学过程热。 ２功：除热之外的系统与环境交换的能量。 用Ｗ表示。规定Ｗ＞０（正值）表示系统接受功 Ｗ＜０(负值) 表示系统对外作功。单位J,kJ 主要讨论体积功、非体积功（非体积功Ｗ′表示） ４．体积功计算　（条件Ｗ? ＝０） 微小功：　　 　　功： 热功当量 能量守恒定律 第一定律的文字表述 第一定律的数学表达式 第一定律的数学表达式 焦耳的生平 焦耳，J.P.（James Prescott Joule 1818～1889） 焦耳是英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家。 焦耳的生平 焦耳的生平 焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究，后转向对功热转化的实验研究。 1866年由于他在热学、电学和热力学方面的贡献，被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。 1872年—1887年焦耳任英国科学促进协会主席。 1889年10月11日焦耳在塞拉逝世。 焦耳的科学成就 1.焦耳定律的发现 1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律；由于不久楞次也独立地发现了同样的定律，而被称为焦耳-楞次定律。 焦耳的科学成就 2.热功当量的测定 焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。这方面研究工作的第一篇论文《关于电磁的热效应和热的功值》，是1843年在英国《哲学杂志》第23卷第3辑上发表的。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。 焦耳的科学成就 3.在热力学方面的成就 1852年焦耳和W.汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。 焦耳的趣闻轶事 1.精确的测量值在几十年里不作大修正 焦耳是一位主要靠自学成才的科学家，他对物理学做出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1843年8月，在考尔克