物理化学及实验_褚莹_第一章热力学第一定律.pptVIP

第一章 热力学第一定律 热力学是以大量分子的集合体（宏观体系）为研究对象，以热力学基本定律为基础，研究与热现象有关的各种状态变化和能量转变规律的一门学科。 热力学是一种演绎的方法，即运用经验所得的基本定律，借助状态函数的特征，通过逻辑推理，阐明体系的宏观性质。 特点： （1）宏观理论，其结论具有统计意义。 （2）不考虑物质的微观结构和机理。 （3）不考虑时间的因素。 热力学方法的特点既反映了它的优点，也说明了它的局限性。 优点：方法简单，结论具有普遍性和可靠性。 局限性： （1）对具体物质的特征不能提供理论； （2）对现象只能作宏观说明，不能作微观解释； （3）无法解决速率和机理问题。 1、体系与环境 体系：研究的对象。也称系统。 环境：体系以外的部分。 体系与环境的划分需注意以下几点： （1）人为性； （2）界面可有可无； （3）大量的有限体系。 体系的分类 （1）敞开体系：有能量和物质交换。 （2）封闭体系：只有能量交换。 （3）隔离体系：没有能量和物质交换。 2、状态、状态性质与状态函数 状态：体系各种宏观性质的综合体现。 状态性质：描述体系状态的宏观物理量。 如：T，p，V，n , S , G … 状态方程（式）：f(T , p , V , n …)=0 状态性质的分类： (1) 容量（广度）性质：具有加和性。n , V… (2) 强度性质：不具有加和性。T ，p … 对单组分（或组成恒定的多组分）体系： V= f ( n , T , p ) 状态函数 状态变量 状态函数Z的特点： (1) 状态确定后，Z有确定的数值； (2) 始终态确定后，⊿Z为定值； (3) 循环过程，⊿Z=0； (4) Z具有全微分的性质。 数学上的全微分：Z= f（ x , y ） 几个常用的关系式： 倒易关系： 循环关系： 链关系： 3、过程和途径 变化：体系在不同时刻存在的不同状态。只考虑始终态。 （1）简单状态变化：仅T，p，V变化。 （2） 相变化：s→l ( 熔化“fus”)； l→g（蒸发“vap”）；s→g（升华“sub”）；s→s（晶型转变“trs”） （3） 化学变化：化学反应 （4） 等温变化：T1=T2 过程：状态变化的方式。涉及中间态和环境的作用。 (1) 等温过程：T1=T2=T环，T环=常数 (2) 等压过程：p1=p2=p环，p环=常数 (3) 等容过程：dV=0 (4) 绝热过程： 途径：完成某一变化的具体步骤或路线。 1.2 热力学第一定律 1.2.1 热力学第一定律的表述 1850年，能量守恒与转化定律：“在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式变为另一种形式，而不同形式的能量在相互转化时，数量永远是相当的。” “热质说” “热运动学” 1840年，焦耳（Joule）和迈耶（Mayer）确立了热功当量关系： 1Cal=4.184J 第一类永动机：“不需要外界提供能量，却能不断对外作功。” 热力学第一定律是热现象领域内的能量守恒与转化定律，它可以表述为：“第一类永动机不能造成。” 1.2.2 热和功 热（Q）：温度差异而交换的能量。无序运动。 功（W）：除热以外而交换的能量。有序运动。 热和功均为过程量，而不是状态函数。 微小量：“δQ”, “δW” 正负号规定： 体系吸热：Q＞0，体系放热: Q＜0。 体系对环境作功：W＜0， 环境对体系作功：W＞0。 功的形式： 机械功： 电 功： 表面功： 体积功： 通式： 广义力 广义位移 热力学能的微观含义： 1.3 体积功、可逆过程 1.3.1 体积功的计算 1.3.2 准静态过程与可逆过程 1、准静态过程 等温膨胀过程中的体积功： （1）一次恒外压膨胀 2、可逆过程 可逆过程是指每一步都可向相反的方向进行，并且当体系回到原来的状态后环境不留下任何变化的过程。 几点说明： (1) 体系与环境完全复原； (2) 并非只局限于膨胀或压缩，无摩擦的准静态过程是可逆过程； (3) 是理想化的过程； (4) 等温可逆过程中，体系对环境作最大功