热力学第一定律1.2基本概念.ppt

第二节 热力学基本概念,一、系统与环境,系统：划定的研究对象 环境：与系统相关联的其余部分 划定界面： 实际存在的 想象的,系统分类： 敞开系统：有物质交换 有能量交换 封闭系统：无物质交换 有能量交换 隔离系统：无物质交换 无能量交换 (孤立系统),封闭系统,开放系统,隔离系统,二、系统的性质,各种广度性质的摩尔值强度性质,性质描述系统的物理量,广度性质（容量性质）：其值与物质量成正比，具加和性。如体积，质量。,强度性质：其值与物质量无关，不具加和性。如温度、压力、密度、粘度。,如,三、热力学平衡态,包括： 力平衡压力相等 热平衡温度相等 相平衡各相组成和数量不变 化学平衡组成不变,系统的性质不再变化,四、状态和状态函数,各种状态变量之间互有联系，确定系统的状态，只要指定其 中的几个，称独立变量 对于一定物质量的封闭系统，在无化学变化和相变时，一般 指定二个独立变量，系统的状态就确定了。,状态函数,系统的性质与其状态相互对应， 系统的性质是状态的函数，或状态变量,状态的独立变量,四、状态和状态函数,1状态函数的值只取决于当时的状态，与其历史无关。,状态函数的特征,2状态函数的变化只取决于始态和终态，与变化的途径无关。,3状态恢复原状，状态函数的变化为零。,全微分的环积分为零，,即经过一个循环过程后，状态函数的变化为零。,以上特点，在数学上可以用全微分描述,如V = f ( T, p ),四、状态和状态函数,理想气体状态方程：,pV = nRT,p: Pa V: m3 n: mol R: 8.314 JK-1mol-1 T: K,状态方程状态函数之间的定量关系式。,五、过程与途径,过程：系统从始态到终态发生的变化 途径：系统完成一个过程的具体方式和步骤,六、功和热,1热Q： 由温度差异引起的能量传递， 规定： 系统吸热，Q为正值 系统放热，Q为负值 显热： 热量传递时，系统的温度改变。 如水50C100C 潜热： 热量传递时，系统的温度不变。 如水100C蒸发 热是一种由质点无序运 动平均强度不同传递的能量 热不是状态函数，Q的大小与途径有关,六、功和热,2功W：除热以外的其他能量传递形式 规定： 系统做功，W为负 环境做功，W为正 功有多种形式：功广义力（强度）x 广义位移（容量） 机械功 F d l 体积功- p dV 电 功 E dQ 表面功 dA 可见功是质点有序运动时交换的能量 功也不是状态函数，W的大小与途径有关 功分为两类： 体积功（膨胀功）, 非体积功 W （非膨胀功，有用功）,六、功和热,体积功的计算,气体膨胀做功 W = -F外 l =- p外 A l = -p外 V 若压力是分段变化的 W = - p i Vi 若压力是连续变化的,W =- p外dV,六、功和热,等容过程 dV = 0, W = 0 真空膨胀过程 p外 = 0, W = 0 等压过程 W = -p外( V2 -V1 ) = -p外V 可逆过程 W = - p内dV 理想气体等温可逆过程,因为T 不变，p1V1 = p2V2,W = - p外dV,六、功和热,例,1 mol 理想气体 27C 10 p,1 mol 理想气体 27C 1 p,(1) 等温可逆,(2) 恒外压 p,(3