11热力学第一定律课件

物理化学BI—第一章DU=Q+W2022/12/10物理化学BI—第一章DU=Q+W2022/12/911.1体系与环境

1.体系（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。2.环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。体系环境2022/12/101.1体系与环境1.体系（System）在科学研究23.体系特点(a)是宏观体系；(b)体系要占有空间；(c)体系是多种多样的，可以是气液固及多个相的体系。2022/12/103.体系特点(a)是宏观体系；2022/12/934.环境特点(a)体系与环境之间有确定的界面；(b)这种界面可以是真实的，也可以是虚构的；

(c)体系与环境的划分不是固定不变的。2022/12/104.环境特点(a)体系与环境之间有确定的界面；2022/1245.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（opensystem）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2022/12/105.体系分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（15例：细胞膜通道：2003Nobel奖体系环境细胞（cell）交换和离子离子的通道。交换水的通道，2022/12/10例：细胞膜通道：2003Nobel奖体系环境细胞（cel6（2）封闭体系（closedsystem）体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。2022/12/10（2）封闭体系（closedsystem）2022/12/7（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，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。2022/12/10（3）孤立体系（isolatedsystem）2022/8问题2022/12/10问题2022/12/99Answer

2022/12/10Answer2022/12/9106.体系的性质性质：热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体。这个集合体所表现出来的集体行为，如p、V、T、U、H、S、A、G等叫热力学体系的宏观性质(或简称热力学性质)。广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量等。这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔体积。2022/12/106.体系的性质性质：热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒111.2系统的状态与状态函数1.状态如体系中物质的数量、化学成分、温度、压力、物态都确定，就称该体系处在一定的状态，也可以说状态是体系的物理性质和化学性质的综合表现。

所有性质确定，状态确定；状态一定，所有性质均有确定的值。

2022/12/101.2系统的状态与状态函数1.状态所有性质确定，状态12要描述体系状态，是否需列出所有性质？

独立变量数f：

描述体系状态时最少需要指定的独立的宏观性质的个数。对于一定量组成不变的均相体系，体系的独立变量数为2。例：T=273K，P=101.3kPa的1molO2。

Gibbs相律：

f=K-Ф+22022/12/10要描述体系状态，是否需列出所有性质？独立变量数f：20132.体系的状态函数

状态函数（statefunction）

：描述体系状态的宏观物理量都叫状态函数或叫状态性质，例如温度，压力，体积，质量，密度，浓度等等都是体系的状态函数。宏观可测性质用来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。

体系的状态与宏观性质之间具有单值对应关系，因此热力学将体系的宏观性质又称为体系的状态函数。2022/12/102.体系的状态函数状态函数（statefuncti143.状态函数的特点（1）定态下有定值；

a.单值；b.与历史无关，与未来无关。2022/12/103.状态函数的特点（1）定态下有定值；2022/12/915（2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。Question经过一个循环过程：2022/12/10（2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始16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。那么：处理状态函数的方法?2022/12/10状态函数的特性可描述为：2022/12/917“设计途径法”或称“绕道法”设计途径必须遵循的原则：（1）物理量可测量；（2）易进行数学运算。2022/12/10“设计途径法”或称“绕道法”设计途径必须遵循的原则：202218热力学方法的特点和局限性热力学方法的三大特点：不管物质结构不管过程的细节没有时间概念局限性：只知其然而不知其所以然2022/12/10热力学方法的特点和局限性热力学方法的三大特点：不管物质结构19（3）状态函数在数学上具有全微分性质任一状态函数Y，微分dY，变化值状态函数在数学上是一个全微分量，而状态函数的微分是全微分。2022/12/10（3）状态函数在数学上具有全微分性质任一状态函数Y，微分dY20（1）微分判别法（2）积分判别法微分次序并不影响结果，该式称“尤勒尔（Euler）”规则同时：循环规则2022/12/10（1）微分判别法（2）积分判别法微分次序并不影响结果，该式称214.状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（stateequation）。对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V之间有定量的联系。经验证明，三个状态函数中只有两个是独立的，另一个随之而定。它们的函数关系可表示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体的状态方程可表示为：

pV=nRT2022/12/104.状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方225.热力学平衡态当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：热平衡（thermalequilibrium）体系中各部分的温度都相等，无温度差。力学平衡（mechanicalequilibrium）体系各部分的压力都相等，无不平衡的力存在。相平衡（phaseequilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。化学平衡（chemicalequilibrium）反应体系中各物质的数量不随时间而改变。2022/12/105.热力学平衡态当体系的诸性质不随时间而改变，236.热力学过程体系由一个状态变到另一个状态叫过程，或者说体系状态发生的一切变化都叫过程，变化前的状态叫始态变化后的状态叫终态。

体系由同一始态到同一终态的不同方式叫途径。过程与途径这两个概念常常不严格区别。例：2022/12/106.热力学过程体系由一个状态变到另一个状态叫过程，或者说体系24常见的过程①等温过程（isothermalprocess)T始=T末=T环=定值②等压过程（isobaricprocess)

P始=P末=P外=定值③等容过程（isochoricprocess)体系容积不变2022/12/10常见的过程①等温过程（isothermalprocess25④绝热过程（adiabaticprocess)

体系与环境之间不发生热的传递。对那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，体系与环境来不及发生热交换，那个瞬间可近似作为绝热过程处理。⑤相变过程：体系聚集状态发生变化⑥化学变化过程：化学反应

2022/12/10④绝热过程（adiabaticprocess)2022/126说明:等压过程：P1=P2=P外

√P1=P2≠P外

×始末态压力相等过程P外

=C，P1≠P2

×恒外压过程2022/12/10说明:等压过程：P1=P2=P外√2022/12/27作业：本次无预习：P31-35.2022/12/10作业：本次无预习：P31-35.2022/12/928物理化学BI—第一章DU=Q+W2022/12/10物理化学BI—第一章DU=Q+W2022/12/9291.1体系与环境

1.体系（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。2.环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。体系环境2022/12/101.1体系与环境1.体系（System）在科学研究303.体系特点(a)是宏观体系；(b)体系要占有空间；(c)体系是多种多样的，可以是气液固及多个相的体系。2022/12/103.体系特点(a)是宏观体系；2022/12/9314.环境特点(a)体系与环境之间有确定的界面；(b)这种界面可以是真实的，也可以是虚构的；

(c)体系与环境的划分不是固定不变的。2022/12/104.环境特点(a)体系与环境之间有确定的界面；2022/12325.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（opensystem）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2022/12/105.体系分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（133例：细胞膜通道：2003Nobel奖体系环境细胞（cell）交换和离子离子的通道。交换水的通道，2022/12/10例：细胞膜通道：2003Nobel奖体系环境细胞（cel34（2）封闭体系（closedsystem）体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。2022/12/10（2）封闭体系（closedsystem）2022/12/35（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，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。2022/12/10（3）孤立体系（isolatedsystem）2022/36问题2022/12/10问题2022/12/937Answer

2022/12/10Answer2022/12/9386.体系的性质性质：热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体。这个集合体所表现出来的集体行为，如p、V、T、U、H、S、A、G等叫热力学体系的宏观性质(或简称热力学性质)。广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量等。这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔体积。2022/12/106.体系的性质性质：热力学体系是大量分子、原子、离子等微观粒391.2系统的状态与状态函数1.状态如体系中物质的数量、化学成分、温度、压力、物态都确定，就称该体系处在一定的状态，也可以说状态是体系的物理性质和化学性质的综合表现。

所有性质确定，状态确定；状态一定，所有性质均有确定的值。

2022/12/101.2系统的状态与状态函数1.状态所有性质确定，状态40要描述体系状态，是否需列出所有性质？

独立变量数f：

描述体系状态时最少需要指定的独立的宏观性质的个数。对于一定量组成不变的均相体系，体系的独立变量数为2。例：T=273K，P=101.3kPa的1molO2。

Gibbs相律：

f=K-Ф+22022/12/10要描述体系状态，是否需列出所有性质？独立变量数f：20412.体系的状态函数

状态函数（statefunction）

：描述体系状态的宏观物理量都叫状态函数或叫状态性质，例如温度，压力，体积，质量，密度，浓度等等都是体系的状态函数。宏观可测性质用来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。

体系的状态与宏观性质之间具有单值对应关系，因此热力学将体系的宏观性质又称为体系的状态函数。2022/12/102.体系的状态函数状态函数（statefuncti423.状态函数的特点（1）定态下有定值；

a.单值；b.与历史无关，与未来无关。2022/12/103.状态函数的特点（1）定态下有定值；2022/12/943（2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。Question经过一个循环过程：2022/12/10（2）当体系的状态变化时，状态函数的改变量只决定于体系的始44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。那么：处理状态函数的方法?2022/12/10状态函数的特性可描述为：2022/12/945“设计途径法”或称“绕道法”设计途径必须遵循的原则：（1）物理量可测量；（2）易进行数学运算。2022/12/10“设计途径法”或称“绕道法”设计途径必须遵循的原则：202246热力学方法的特点和局限性热力学方法的三大特点：不管物质结构不管过程的细节没有时间概念局限性：只知其然而不知其所以然2022/12/10热力学方法的特点和局限性热力学方法的三大特点：不管物质结构47（3）状态函数在数学上具有全微分性质任一状态函数Y，微分dY，变化值状态函数在数学上是一个全微分量，而状态函数的微分是全微分。2022/12/10（3）状态函数在数学上具有全微分性质任一状态函数Y，微分dY48（1）微分判别法（2）积分判别法微分次序并不影响结果，该式称“尤勒尔（Euler）”规则同时：循环规则2022/12/10（1）微分判别法（2）积分判别法微分次序并不影响结果，该式称494.状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（stateequation）。对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V之间有定量的联系。经验证明，三个状态函数中只有两个是独立的，另一个随之而定。它们的函数关系可表示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体的状态方程可表示为：

pV=nRT2022/12/104.状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方505.热力学平衡态当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：热平衡（thermalequilibrium）体系中各部分的温度都相等，无温度差。力学平衡（mechanicalequilibrium）体系各部分的压力都相等，无不平衡的力存在。相平衡（phaseequilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。化学平衡（chemicalequilibrium）