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《物理化学》 —电子教案 第一章 热力学第一定律及其应用 2.1 热力学概论 热力学的研究的目的 热力学的研究的内容 热力学的方法和局限性——热力学方法 热力学的方法和局限性——特点 热力学的方法和局限性——局限性 体系与环境 体系分类——敞开体系 体系分类——封闭体系 体系分类——孤立体系 体系的性质-1 体系的性质-2 热力学平衡态-1 热力学平衡态-2 状态函数 状态方程 热和功——热的定义 热和功——热的本质 热和功——功的定义 热和功——功的表示(表1.1)2 热和功——功的表示1 热和功——功的分类 热和功——体积功的计算 热和功——体积功的计算举例1 热和功——体积功的计算举例2 2．2 热力学第一定律 热功当量 能量守恒定律 第一定律的文字表述 第一定律的文字表述 热力学能-1 热力学能-2 热力学能-3 热力学能-4 若同始、终态间不同途径上，热力学能的改变值不相等，假定U1U2。 (1) 当体系由A出发沿R1途径正向变化到B，热力学能变化为△U1; (2)又沿途径R2的方向逆转回到A，热力学能变化为(- △U2)，体系回到原态，总能量变化为: 热力学能-5 所以,热力学能的改变量只由始、终态决定而与过程的途径无关。热力学能是体系的状态函数，用数学式表示为： 热力学能-举例 例：对一单相一定量封闭体系，若设T、p 为独立变量，则 第一定律的数学表达式-1 第一定律的数学表达式-2 第一定律的数学表达式-3 由(1.2-2)、（1.2-3）可得出如下结论： 2．2 热力学第一定律——总结 总结：热力学能是体系内部贮存的能量，它是体系的状态函数，广度性质，其绝对值尚无法确定，热力学能是体系能量的一种形式，它是与微观粒子运动相联系的能量，在一定条件下，热力学能可以与其它形式的能量（热和功）相互转化，在转化中总能量总是守恒的，但热力学能未必守恒。 2．3 准静态过程与可逆过程 功与过程 功与过程—自由膨胀，等外压膨胀 功与过程—等外压膨胀(图示) 功与过程—多次等外压膨胀 功与过程—多次等外压膨胀 功与过程—多次等外压膨胀(图示) 功与过程—可逆膨胀功的计算 功与过程—可逆膨胀功(图示) 功与过程－小结 功与过程－一次等外压压缩 功与过程－一次等外压压缩(图示) 功与过程－多次等压压缩(2次) 功与过程－多次等压压缩(3次) 功与过程－多次等压压缩(图示) 功与过程－可逆压缩 功与过程－可逆压缩(图示) 功与过程－小结 准静态过程（guasistatic process） 可逆过程（reversible process） 热力学中几种常见的过程 可逆过程（reversible process） 常见的变化过程 常见的变化过程 2.4 焓 （enthalpy） 2.4 焓 （enthalpy） 2.4 焓 （enthalpy）－讨论 (1) 体系从状态(1)变化到状态(2)时，根据定义有： 2.4 焓 （enthalpy）－讨论 (3) 由下式可以看出，在没有其它功的条件下，体系在等容过程中所吸收的热量全部用以增加内能。 2.5 热容的概念（heat capacity） 2.5 热容(heat capacity)——数学表达式 2.5 热容(heat capacity)——讨论 2.5 热容(heat capacity)——与焓、内能的关系 2.5 热容(heat capacity) ——与焓、内能的关系 2.5 热容(heat capacity) ——与焓、内能的关系 2.5 热容(heat capacity) 2．6 热力学第一定律对理想气体的应用 Gay-Lussac-Joule实验 Gay-Lussac-Joule实验 理想气体的内能 理想气体的内能 理想气体的内能 理想气体的焓 理想气体的焓 理想气体的Cp与Cv 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差－理气 一般封闭体系Cp与Cv之差－凝聚体系 理想气体的Cp,m与Cv,m 理想气体的Cv,m 理想气体的Cp,m 理想气体的Cp与Cv之差－小结 绝热过程（adiabatic process) 理想气体绝热可逆过程 理想气体绝热可逆过程 理想气体绝热可逆过程 理想气体绝热可逆过程 理想气体绝热可逆过程 理想气体绝热可逆过程－小结 绝热过程的体积功 绝热过程的体积功－小结 绝热过程的体积功 等温可逆与绝热可逆的比较 等温可逆与绝热可逆的比较 等温可逆与绝热可逆的比较 理想气体的卡诺循环 理想气体的卡诺循环 卡诺循环 (Carnot cycle) 理想气体的卡诺循环 理想气体的卡诺循环 卡诺功