热力学基础要点课件

热力学基础要点课件目录热力学基本概念热力学第一定律热力学第二定律理想气体及其热力学过程相变与相平衡条件化学平衡及其在热力学中应用非平衡态热力学简介01热力学基本概念系统环境闭口系统开口系统系统与环境01020304被研究的对象，可以是一定质量的气体、液体或固体等，用边界与外界隔开。系统以外的部分，与系统通过边界进行相互作用，可以是其他物体或外界空间等。系统与外界只有能量交换而无物质交换的系统。系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。系统中所有宏观性质的综合表现，可以用一组物理量来完全描述。状态描述系统状态的物理量，其值只与系统的状态有关而与过程无关，如温度、压力、体积、内能等。状态函数描述系统状态函数之间关系的数学表达式，如理想气体的状态方程PV=nRT。状态方程状态与状态函数热平衡两个相互作用的系统，在不受外界影响的情况下，它们的温度达到相等并且不再改变的状态，此时它们之间没有热量的传递。平衡态系统不受外界影响时，其宏观性质不随时间改变的状态，包括热平衡、力学平衡和化学平衡等。热力学第零定律如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则它们之间也必定处于热平衡。平衡态与热平衡02热力学第一定律热力学能是系统内部所有微观粒子运动能量的总和，用符号U表示。定义状态函数能量守恒热力学能是状态函数，只与系统的状态有关，与过程无关。热力学能的变化量等于系统从外界吸收的热量与外界对系统做功之和，即ΔU=Q+W。030201热力学能热量是热传递过程中传递的能量，用符号Q表示，单位为焦耳（J）。热量功是力在力的方向上移动的距离与力的乘积，用符号W表示，单位为焦耳（J）。功系统从外界吸收热量时，Q>0；系统向外界放出热量时，Q<0。外界对系统做功时，W>0；系统对外界做功时，W<0。符号规定热量与功表达式ΔU=Q+W。其中ΔU为系统内能的变化量，Q为系统从外界吸收的热量，W为外界对系统做的功。应用举例理想气体等容过程、等压过程、等温过程和绝热过程。在这些过程中，可以利用第一定律求解系统内能的变化、吸放热情况以及做功情况。例如，在等容过程中，气体体积不变，外界对气体不做功，因此系统内能的变化等于气体从外界吸收的热量。第一定律表达式及应用03热力学第二定律可逆过程与不可逆过程可逆过程是指系统经过某一过程后，可以沿原路径完全恢复原状，而不引起外界任何变化；不可逆过程是指系统经过某一过程后，无法沿原路径完全恢复原状，且会引起外界变化。自然过程的方向性自然过程总是沿着不可逆的方向进行，即从有序向无序、从高能量向低能量、从高温向低温进行。自然过程方向性由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程组成的理想循环，是热机效率最高的循环。卡诺循环卡诺热机的效率只取决于热源和冷源的温度，而与工作物质无关。卡诺热机效率逆向操作的卡诺循环可作为制冷机，其制冷系数也只取决于热源和冷源的温度。卡诺制冷机卡诺循环与效率开尔文表述不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。第二定律的应用用于判断过程是否可逆、计算热机效率和制冷系数、分析能量转换的方向和限度等。克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。第二定律表达式及应用04理想气体及其热力学过程03理想气体状态方程pV=nRT，其中n为摩尔数，R为气体常数。01理想气体模型忽略分子间引力和体积，分子间无规则碰撞，满足玻尔兹曼分布。02状态参量温度T、体积V、压强p，以及内能U。理想气体状态方程123体积不变，压强与温度成正比，内能随温度变化。等容过程压强不变，体积与温度成正比，内能随温度变化。等压过程温度不变，压强与体积成反比，内能不变。等温过程理想气体等容、等压、等温过程分析系统与外界无热量交换，内能仅通过功的方式改变。压强与体积的关系满足pV^n=C（C为常数），当n=1时为等容过程，n=∞时为等压过程。绝热过程及多方过程简介多方过程绝热过程05相变与相平衡条件根据物质状态可分为气-液、气-固、液-固、液-液等相变类型。相变分类相变时体积变化、潜热吸收或放出、界面能变化等。相变特点相变分类及特点由相平衡线和临界点等构成，表示不同温度和压力下物质的相平衡状态。相图构成可用于研究物质的三态变化、溶解度、升华、凝华等现象，指导实际生产和实验研究。相图应用单组分系统相图分析相图复杂性多组分系统中，组分间相互作用导致相图更加复杂，存在多个相平衡线和临界点等。相图应用可用于研究合金、溶液等复杂系统的相平衡和相变规律，指导材料制备和工艺优化。多组分系统相图简介06化学平衡及其在热力学中应用化学反应进度表示通过反应物质的量或反应程度来衡量。吉布斯自由能与反应进度的关系ΔG=ΔG°+RTlnQ，其中ΔG°为标准状态下的吉布斯自由能变化，Q为反应物和生成物的浓度比值。判断反应进行方向当ΔG<0时，反应自发进行；当ΔG=0时，反应达到平衡；当ΔG>0时，反应逆向自发进行。化学反应进度与吉布斯自由能变化关系升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。温度对化学平衡的影响对于有气体参与的反应，增大压力，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压力，平衡向气体体积增大的方向移动。压力对化学平衡的影响温度、压力对化学平衡影响规律探讨勒夏特列原理如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。勒夏特列原理应用举例合成氨反应中，通过增大压强和提高温度来提高产率；酯化反应中，通过加入过量的醇或酸来提高产率。勒夏特列原理及其应用举例07非平衡态热力学简介VS指系统内部各部分的物理化学性质不均匀，存在梯度、流动和变化的现象，如热传导、质量传递、电化学反应等过程。非平衡态分类根据系统内部不同的物理化学性质和过程特点，非平衡态可分为近平衡态、远离平衡态和非线性非平衡态等。非平衡态现象非平衡态现象和分类指在非平衡态下，系统内部某些物理量的变化率与这些物理量偏离平衡态的程度成正比的过程，具有时间反演不对称性和宏观不可逆性。包括Onsager倒易关系、最小熵产生原理、涨落-耗散定理等，用于描述线性不可逆过程的热力学性质和规律。线性不可逆过程热力学理论框架线性不可逆过程热力学理论框架介绍耗散结构指在非平