1.2 热力学研究内容、研究方法和局限性.pdfVIP

11 热力学的基本内容 热力学作为一门学科形成于19世纪中叶。 •研究宏观系统的热现象与其他形式能量之间的相互转换关系 及其转换过程中所遵循的规律。包括：系统变化时引起的系 统状态性质即物理量的变化；或者当物理量发生变化时，系 统的状态变化情况。 •热力学共有四个基本定律：第零（Fowler）、第一 （ ）、第二（ 和 、第三定律（ ）， Joule Kelvin Clausius) Nernst 都是人类经验的总结。 22 热力学研究的基本内容 热力学第零定律— 研究热平衡，导出了温度这一状态函数， 并给出了比较温度的方法。 热力学第一定律— 研究系统各种变化过程中的热Q 、功W和 热力学能U等能量转换问题； 热力学第二定律— 解决化学和物理变化的方向和限度，以及 相平衡和化学平衡等问题； 热力学第三定律— 阐明绝对熵的数值。计算反应熵变。 热力学第一定律、第二定律是热力学的主要基础。 33 热力学研究的基本内容 •化学热力学：用热力学的最基本原理研究化学现象以及和化学 有关的物理现象。 化学热力学的主要内容： （1）根据热力学第一定律计算化学变化中的热效应； (2)根据热力学第二定律解决化学变化的方向和限度问题， 以及相平衡和化学平衡中的有关问题。 (3)根据热力学第三定律解决化学平衡中熵变的有关问题。 44 热力学方法和局限性 •热力学方法是一种演绎的方法，结合经验所得的基本定律进行 演绎推理，指明宏观对象的性质、变化方向和限度。 •热力学研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得 结论具有统计意义，反映平均行为。 •热力学方法的特点：只考虑平衡问题，考虑变化前后的净结果， 但不考虑物质的微观结构和反应机理。 •热力学只能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变 化所需要的时间、不考虑变化发生的根本原因以及变化所经过的 历程。 55 热力学方法的局限性 不知道反应的机理和反应速率； 不研究系统的宏观性质与微观结构之间的关系； 虽然可以指出实验进行和改进工作的方向，讨论变化的可 能性，但无法指出如何将可能性变为现实的方法和途径， 如石墨和金刚石的转化。 热力学可以告诉我们在理想情况下所能达到的结果或限度， 有了这个标准，我们就可以尽量改进反应条件以提高效率, 如理想热机、可逆电池等。 66 热力学方法和局限性 • 虽然热力学方法有局限性，但具有高度普遍性和可靠性。因其具 有极其牢固的实验事实基础。因此，经典热力学又称为唯象热力 学(phenomenological thermodynamics) （实验现象的概括和总结）。 经典热力学对物质的微观结构不作详细讨论，也不做任何假定。 因此，它的一般规律不会随物质结构新知识的发展而改变。 Einstein曾指出： “经验热力学是具有普遍内容的唯一物理理论 ，我深信在基本概念适用的范围内，是绝对不会被推翻的”。