热力学第一定律2.pptx

热力学第一定律本章基本要求理解系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念，了解可逆过程的概念。掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。理解功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓 、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。掌握热力学第一定律在纯 p V T 变化、在相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、热力学能变、焓变的方法。§2.1 热力学基本概念及术语一、系统与环境二、系统的性质三、状态和状态函数四、平衡态五、过程和途径六、过程函数七、热力学能一、系统与环境1.系统(System):研究的对象，即我们感兴趣的那部分物质或空间，也称物系或体系。2.环境(Surroundings):系统之外与之有直接联系的那部分物质或空间3.系统的分类：敞开系统(Open System)： 系统与环境有能量交换， 也有物质交换 封闭系统(Closed System)： 系统与环境有能量交换，无物质交换 孤立系统 (Isolated System)： 系统与环境无能量交换，也无物质交换open systemclosed systemisolated system二、系统的性质1. 性质(Quantities、Properties)： 系统的宏观性质，如：p、V、T、n、Vm等2. 性质分类：(1) 广延性质(Extensive properties)： 与物质的数量成正比，具有加和性。如：V、n(2) 强度性质(intensive properties)： 与物质的数量无关，不具有加和性。如：p、T、Vm 广/广=强 如：V/n=Vm三、状态与状态函数1. 状态(state)： 系统所有宏观性质的综合表现2. 状态函数(state function)： 系统的宏观性质3. 状态函数的特点：(1) 状态确定，则状态函数值确定；(2) 状态函数的变化量只与系统的始终态有关， 与过程变化的途径无关；(3) 状态函数有全微分，状态函数的环积分为　　　零，如∮dp= 0。4．经验规律： 对组成不变的系统 ①两个强度性质确定，则所有强度性质确定； ②两个强度性质和一个广延性质确定，则所有 性质都确定。由此可见： 对组成及数量不变的系统，某一状态函数可表示为另外两个状态函数的函数。如：压力可表示为体积和温度的函数p = f (T,V)四、平衡态Equilibrium state1. 定义： 一定条件下系统的各种性质均不随时间变化的状态2. 平衡态必须满足的条件： ?热平衡(Thermal Equilibrium ): T不变 ?力平衡(Force Equilibrium): p不变　 ?相平衡(Phase Equilibrium): 相态不变 ?化学平衡(Chemical Equilibrium): 组成不变五、过程与途径1. 过程(process)：系统状态发生的任何变化2. 途径(Path)：系统状态发生变化过程的具体步骤3. 热力学常见过程：(1) 纯pVT变化、相变化、化学变化过程(2)可逆过程与不可逆过程(3)循环与非循环过程(4)恒温、恒压、恒容、恒外压、绝热过程六、过程(途径)函数过程函数的特点： ?只有系统发生一个变化时才有过程函数； ?过程函数不仅与始、终态有关，还与途径有关； ?没有微分，只有微小量，微小量用 ?X 表示。1.热(Heat)： 系统与环境因温差引起交换的能量，用Q表示规定： Q＞0?系统吸热；Q＜0 ?系统放热单位：J　或　kJ2.功(Work)： 除热之外的系统与环境交换的能量，用Ｗ表示规定：Ｗ＞0?系统接受功；W＜0?系统对外作功单位：J　或　kJ分类：体积功和非体积功 (W)活塞，面积A气体 pamb ldl体积功示意图体积功：系统由于体积变化与环境交换的能量?W=F·dl=(F/A)(A ·dl)= p环·dVpamb p： dV0，膨胀， 系统对外作功 ?W0pamb p： dV0，压缩， 系统得到功 ?W0体积功的计算公式：七、热力学能系统的能量: 宏观动能、势能和内能(热力学能)1. 热力学能定义：系统内部所有粒子微观能量的总和 符号：Ｕ，单位：J或kJ2. 热力学能组成： ①分子的动能——分子的热运动，是Ｔ的函数。 ②分子间相互作用势能——主要取决于分子间距 离，是Ｖ、Ｔ的函数。 ③分子内部的能量——电子、原子核等的能量。3. 热力学能是状态函数，具有广延性质§2.2 热力学第一定律The first law of thermodynamics一、热力学第一定律的文字表述二、热力学第一定律的数学表达式三、热力学第一定律的其他表述四、焦耳实验和气体的热力学能一、热力学第一定律的文字表述隔离系统无论经历何种变化