第二章热力学第一定律(一).ppt

第二章 热力学第一定律 主要内容 §2-1 热力学概论 热力学：是研究热和其他形式能量间相互转化过程中所应遵循的规律的科学。 建立基础：热力学第一定律和热力学第二定律，这两个定律都是人类经验的总结，具有牢固的实践基础，它的正确性已有无数次实验事实所证实。 热力学第一定律 1850年，Joule提出，主要研究热和其他形式能量在化过程中相互转化的守恒关系。 热力学第二定律 1848年和1850年分别由开尔文和克劳修斯建立主要研究热和其他形式能量相互转化的方向性问题。 一：热力学的研究对象（内容） 研究热、功和其他形式能量之间的相互转化及其转化过程中所遵循的规律； 研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应 (以上两点实际为能量问题) 研究化学变化的方向和限度 二：热力学方法和局限性 热力学方法 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 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 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 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 热力学第零定律表明，处在同一平衡态的所有系统都具有一个共同的、决定系统热平衡的宏观性质——温度。 换言之，温度就是描述两个体系达到热平衡时的一个共同的物理性质。或者说是：当两个系统相互接触达到热平衡后，它们的性质不再变化，它们就有共同的温度。 温标的确定包括测量物质的选择、固定 点的 选择、温度值的划分等。 §2-3 热力学的一些基本概念 注 ：体系与环境之间一定有一个界面，这个界面可以实际存在的真实的物理界面，也可以是想象的虚构的界面。 体系分类 根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system） 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 （2）封闭体系（closed system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。 （3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。 体系分类图 二、状态、状态函数和状态方程 描述一个体系，必须用它的一系列宏观可测性质，如：T. P. V. M和.密度、表面张力、黏度等，如果这些物理性质和化学性质都有一个定值，即不随时间而变化时，就可以认为该体系处于一个定态。 (一) 状态函数的分类或体系的性质 A 广度性质也叫容量性质或广延性质 其数值与体系中物质的量成正比，整个体系的该性质的数值是体系中各部分该性质的总和，在数学上是一次齐函数。如：m，v，U、H、S、G、F等具有加和性。 （二）状态函数的特征 A：体系的状态一定，状态函数有确定值。也就是说它是体系状态的单值函数，即：体系状态确定后，一个状态函数不会有多个不等的值。 B：它的值只与状态有关而与历史无关。 C：状态函数之间互为函数关系 D：当体系的状态发生变化时，状态函数也要变化，但其改变量只与始、终有关，而与变化的途径无关。 E：对于循环过程，状态函数的改变量为零 概括： 异途同归、值变相等；周而复始、数值还原 （三）状态函数的数学表达 1.体系由A态变到B态，Z值改变量 4.对于单组分或组成不变的均相体系，只要确定两个状态参量，体系状态便确定。 比如T、P选择为状态变量 B.状态函数常见的偏微商关系 已知 ，Z=f(T,P)该体系的状态方程式F(T,P,V)=0 可以求得V不变时，Z随T的变化率 C.状态函数偏微商的倒数关系 3 状态方程 状态方程 就是状态函数之间的定量关系式 一般 对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T、P、V之间有一定的联系，经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为： T=f(V,P) P=f(T,V) V=f(P,T) 如理想气体的状态方程是：PV=nRT 对于多组分体系可表示为 T=f(P,V,n1,n2,…) 三、热和功 A、热（heat） 体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，符号Q 表示。单位J或KJ。 Q的取号：体系吸热，Q0；体系放热，Q0 。 体积功 设圆筒内有气体，截面积A活塞无重量，与筒无摩檫则活塞上所受的外压为 P外?A 当气体膨胀或压缩将活塞推动了dL的距离时所作功为 δWc=-f外 ? dL= -P外?A ? dL= -P外? dV 当P外P内时，是环境对体系作功，体系发生压缩dV0 则 δWc 0 当P外P内时