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热力学第一定律

§1.1热力学的研究对象

（1）热力学的研究对象

热力学是研究能量转换过程中所应遵循的

规律的科学。

•研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的

能量效应；

•研究在一定条件下某种过程能否自发进行，如

果能自发进行，进行到什么程度为止，即变化

的方向和限度问题。

§1、1热力学的研究对象

热力学基本原理在化学过程和与化学相关

的物理过程中的应用构成化学热力学。

•研究化学过程及与化学相关的物理过程中的

能量效应；

•判断某一热力学过程在一定条件下是否可能

进行，确定被研究物质的稳定性，确定从某

一化学过程所能取得的产物的最大产率。

§1、1热力学的研究对象

热力学的理论基础：

第一定律

第二定律

第三定律

§1.1热力学的研究对象

（2）热力学研究的方法和局限性

方法：

•研究对象是大量分子的集合体，研究宏观性

质，所得结论具有统计意义。

•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观

结构和反应机理。

•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。

§1.1热力学的研究对象

局限性：

不知道反应的机理、速率和微观性

质，只讲可能性，不讲现实性。

§1.2几个基本概念

（1）体系和环境

体系（System）

被划定的研究对象，亦称为物

系或系统。

环境（surroundings）

体系以外并与体系有相互作用

的部分。

§1.2几个基本概念

体系分为三类：

1.敞开体系（opensystem）

体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

§1.2几个基本概念

2.封闭体系（closedsystem）

体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。

§1.2几个基本概念

3.孤立体系（isolatedsystem）

体系与环境之间既无物质交换，又无能量

交换，又称为隔离体系。

§1.2几个基本概念

（2）状态和状态函数

热力学体系的状态即体系的物理性质

和化学性质的综合表现。

规定体系状态的性质叫状态性质，也

叫状态函数。

§1.2几个基本概念

状态性质分两类：

容量性质（extensiveproperties）：

其数值与体系中物质的量成正比，如体积、

质量、熵等。这种性质具有加和性。

强度性质（intensiveproperties）：

其数值与体系中物质的量无关，如温度、

压力等。这种性质不具有加和性。

体系的性质

广度性质广度性质(1)

强度性质

物质的量广度性质(2)

mV

Vm

Vn

US

USm

mnn

§1.2几个基本概念

状态函数的特性：

①其数值只说明体系当时所处的状态，

不能说明体系以前的状态。

②其改变值只取决于体系的始态和终

态，而与变化的途径无关。

③状态函数之间不是相互独立的，而

是有关联的。

§1.2几个基本概念

状态函数的特性可描述为：

异途同归、值变相等；周而复始，数

值还原。

状态函数在数值上是全微分。

§1.2几个基本概念

（3）过程和途径

体系状态所发生的一切变化均称为过程。

体系状态发生变化时，由同一始态到同一

终态，可以经由不同的方式，这种不同的

方式称为不同的途径。

常见的变化过程有：

（1）等温过程

T1T2T环

等压过程

（2）p1p2p环

（3）等容过程