第一章 热力学基础

1、第一章热力学基础目的要求：1.了解热力学的几个茄子基本概念3360系统和环境、状态和状态函数、热和工作以及各种热力学过程。2.明确热力学能量和钨的定义和状态函数的特征，了解热力学能量变化与恒容热、焓变化和恒压热之间的关系。3.理解热力学第一定律的文字表达，掌握热力学第一定律的数学表达及其应用。理解可逆过程及其特性。5.明确理解过程量热和工作的正负、体积工作、热容量、显热、潜热、化学反应热、摩尔相变、标准摩尔反应、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。6.热力学第一定律计算系统可以熟练地应用于理想气体的纯P V T变化、相变和化学变化(计算孔、热、热力学变化、焓变化)。7.可以熟练地应用标准摩尔

2、生成、标准摩尔燃烧、标准摩尔反应、基尔霍夫公式，计算徐璐不同温度下化学反应的焓变化。8.理解自愿过程的共同特征。理解热力学第二定律的文字表达。9.理解熵标准的表达和熵增原理，更熟练地计算简单P，V，T变化过程，相变和化学反应的熵变化。10.了解规定摩尔熵、标准摩尔熵、标准摩尔反应熵的定义和化学反应熵差的计算。11.理解熵的物理意义，理解热力学第三定律、卡诺循环和卡诺定理。12.阐明亥姆霍兹函数、吉布斯函数的概念，比较熟练地计算各种恒温过程的 G。13.明确的熵标准，亥姆霍兹函数标准，吉布斯函数标准应用条件以熵标准，吉布斯函数标准判断流程的方向和局限性。14.理解热力学基本方程和几个茄子重要关系

3、。教育重点难点：1.基本概念：系统和环境、状态和状态函数、列和操作以及各种热力学过程2.热力学状态函数：热力学能量、焓、熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数进程体积：列和操作3.基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律4.热力学第一定律适用于理想气体的状态变化过程、相变过程和化学变化过程(Q，W，U，H计算)。5.热力学标准：熵标准、亥姆霍兹函数标准、吉布斯函数标准的具体应用( s， g， f计算)。教育困难：1.状态和状态函数热力学第一定律、热力学第二定律熵标准，亥姆霍兹函数标准，吉布斯函数标准授课内容：第一章热力学基础热力学研究对象和方法热力学是研究能量相互转换过程中遵循的规律和各

4、种因素对能量转换的影响的科学。热力学的理论基础：热力学第一定律和热力学第二定律。应用热力学第一定律，确定各种形式的能量在物理或化学变化过程中各种能量的等效关系，即能量守恒和转换规律。应用热力学第二定律确定指定条件下过程或变化的可能性、方向和界限。热力学的研究对象是由大量粒子组成的宏观物质系。因此热力学只能表现出由大量粒子组成的体系所表现出的整体行为，不能说明体系中个别粒子的单独行为。也是热力学研究问题的局限性。1.1基本概念1.1.1系列和环境1.定义物界：牙齿研究对象(物质或空间)。环境：与水系以外的水系密切相关的部分(物质或空间)。物界和环境之间可能有实际界面或虚构界面。2.分类根据物界和

5、环境之间是否有物质交换和能量传递，物界可以分类如下。(1)开放系统系统和环境之间有物质交换和能量交换的系统称为开放系统(也称为开放系统)。(2)封闭系统物界和环境之间没有物质交换，只有能量交换的系统称为封闭系统(也称为封闭系统)。封闭系统质量保存。热力学的研究对象大部分是封闭系统。(3)隔离系统和环境之间没有物质交换或能量交换的系统称为隔离系统(也称为隔离系统)。自然界的绝对隔离系统不存在，只有在适当的条件下，才能将一些系统粗略地看作隔离系统。1.1.2系统的状态和状态函数1.系统状态是系统物理性质和化学性质的综合表达。系统的性质是指所有宏观热力学性质。物理特性化学性质，例如温度、压力、体积、

6、密度、粘度、质量等，是指水系统的化学组成。系统的状态取决于水系统的所有理性和化学性质。也就是说，这种性质规定了系统的状态。2.系统的特性根据它们与体系中物质数量的关系，可以分为两类茄子。(1)强度的性质，其数值与系统物质的数量无关，表示系统的“质量”特征。例如：温度、压力、密度、物质的量浓度等。他们没有可加性。(2)容量性质(矿延性质)其数值是与系统物质数量相关的性质，表示物界的“量”特征。质量、体积、物质量、内部能量等。他们有可加性。两个容量特性的比率成为强度特性。例如，摩尔体积Vm=V/n，密度=m/V)。3.状态函数系统的每个特性具有确定的值时，系统的状态将确定。相反，一旦确定了系统的状

7、态，系统的各个特性也将具有确定值。如果系统的特性之一发生变化，系统的状态也必须发生变化。我们把描述状态和相应系统状态的宏观性质称为状态函数。状态函数的公共特征：当系统的状态恒定时，状态函数都有确定值。换句话说，状态函数是系统状态的单值函数。如果系统的状态发生变化，则状态函数的变化量只与开始状态和结束状态的值相关，而不是与系统经历的路径相关。(威廉莎士比亚、状态、状态、状态、状态、状态、状态、状态、状态、状态、状态、状态)( t=T2-t1)系统从特定状态出发，经历一系列变化，然后返回原始状态时，这种变化过程称为循环过程。系统通过循环后，系统中所有状态函数的更改值为0。(4)所有状态函数都是其他

8、函数的函数。示例：理想气体的体积V=nRT/P；密度=PM/RT等。(5)状态函数具有完全微分特性。1.1.3进程和路径系统状态变化的过程称为热力学过程。变化的具体阶段称为途径。根据流程进度条件，可以将流程划分为：(1)恒温过程：系统和环境的温度相同，一定的过程。也就是说，T1=T2=T=T环境=给定值。纯净水在100，101.325Kp时沸腾。(2)恒压过程：系统和环境的压力相同，一定的过程。也就是说，P1=P2=P=P环境=指定的值。范例：在开放窑中进行的塑胶过程。(3)固定过程：系统体积始终不变的过程。也就是说，V1=V2=V=设定值。示例：在密封容器中执行的过程。(4)绝热过程：系统和

9、环境之间没有热交换的过程。例如：在隔热箱中执行的过程。(5)循环过程：系统从特定状态出发，经过一系列中间状态，返回原始状态的过程。在循环过程中，所有状态函数的变化量为零。(6)可逆过程：这是在无限接近平衡的条件下进行的过程。这是一个理想的极限过程。当然，这些条件可以同时存在两个以上的茄子，例如恒温恒压过程、恒温恒溶过程、绝热可逆过程等。系统从一种状态转变为另一种状态的其他方式称为路径。1.1.4列和操作热和工作是系统和环境之间能量交换的两种茄子形式。热量和操作的共同点不是系统的状态函数，而是传递的能量，也称为过程函数。1.热热力学中的热是由系统和环境之间的温差引起的能量传递形式称为热，通常以J

10、(焦耳)或KJ(千焦耳)为单位表示为“Q”。热力学规定：系统从环境中吸收热量，q为正(Q0)。系统向环境散热，q为负(Q0)。热力学中讨论的热主要有三种。系统没有化学变化或相变化，只有温度变化吸收或释放的热量称为显热。系统发生化学反应时吸收或释放的热量称为化学反应热。系统变化时吸收或释放的热量称为相变热或潜热。2.功能热以外的系统和环境之间交换的能量称为工作。符号“w”，以j或KJ单位表示。作品种类很多，除了体积球(W)以外，各种形式的球统称为非体积球(W )。系统的总操作为W total=W W 。热力学规定：系统对环境的操作(膨胀过程)，W0；环境到系统操作(压缩过程)，W0。无限小变化的

11、功能是W代表的。因为工作不是状态函数。体积操作的基本公式是W=P外部dvW=P外部dV外部压力为常数时，常识变为W=P外部(V2-V1)对于特定进程，可以获得计算体积操作的其他表达式。当系统真空膨胀P外部=0时，W=P外部 v=0表示系统在真空中膨胀时不能工作。对于一定的容积过程 v=0时，W=P外部 v=0对于恒外压力过程P外部=设置值，W=P外部dV=P外部(v2-v1)=p外部 v外压和水系统差异无限小的膨胀过程的情况P外部=p-DP，W=P外部dv=(p-DP) dv=p dv在化学热力学中，体积球具有重要的地位，体积球的计算需要掌握。1.1.5内部能源系统的能量由三部分组成：(1)系

12、统整体运动的动能；(2)外力作用下系统的位能；(3)系统内部的总能量，即内部能量(热力学能量)。系统内部所有微观粒子的各种能量的总和称为内部能量，通常用“U”符号表示，以J(焦耳)或KJ(千焦耳)表示。封闭系统的内部能量由三部分组成。(1)分子的动能(EK)包括分子的扁平动能、旋转能量和振动能量。分子的动能是温度的函数Ek=f (T)。(2)分子间相互作用的位能(EP)的值取决于分子间作用力和分子间距离宏观物质的体积，Ep=f (V)。(3)分子内部的能量(EM)是分子内部各种粒子间相互作用产生的能量总和(例如干能源、原子力)。如果没有化学变化，则Em为值。由此可见，内部能量是上述三部分能量的

13、总和。U=EK EP EM在闭合系统中，内部能量是温度和体积的函数U=f (T，v)内部能量与物质的数量相关，因此属于容量性质的状态函数，具有可加性。1.1.6热力学平衡在没有外部影响的情况下，如果系统中的所有状态函数没有随着时间发生变化，则系统所在的状态称为热力学平衡状态(平衡状态)。热力学平衡状态必须同时达到你的茄子平衡。(1)热平衡系统内各部分、系统和环境之间的温度相同。也就是说没有温差。(2)力平衡体系内的各个部分，以及体系和环境之间存在着不成比例的力。(3)化学平衡系统中的物质之间发生化学反应时，必须达到化学平衡。也就是说，系统的每个组件不会随着时间而变化。(4)各阶段的构成和数量不

14、随时间变化。当说系统处于某种状态时，这意味着系统处于热力学平衡状态。1.2热力学第一定律1.2.1热力学第一定律的表述热力学第一定律是能量守恒和转化的定律。能量保存和转换定律是经过科学长期经验的总结，后经线的大量实验确认(各种能量徐璐转换时的当量关系-热功当量，即1卡=4.184行)能量保存和转换定律应用于宏观热力学系统，形成了热力学第一定律。第一种永动机不能创造成功。这是热力学第一定律的另一种叙述形式。所谓第一种零动机，是无需供给外部任何能量就能不断进行对外工作的机器。在隔离系统中，能量的形式可以转换，但能量的总量不变。内部能量是系统的状态函数。当系统和环境之间没有热交换(即系统的状态恒定)

15、时，内部能量可以有一定的值。隔离系统内部能量保存。1.2.2热力学第一定律的数学表达式根据封闭系统中发生的所有过程、能量守恒和转换定律，热力学第一定律的数学表达式如下： u=U2-u1=q-w u-系统内部能量的变化值，如果封闭系统发生很小的变化，常识将变为du= q- w适用于关闭和隔离系统的所有进程。对于隔离系统，Q=0，W=0，因此U=Q-W=0。1.2.3恒定容量热、静压热和焓1.抗菌热恒定过程是系统状态更改期间体积保持不变的过程。可以是在恒定密封的容器中进行的反应，也可以是仅作为凝聚相参与的化学反应。系统执行没有体积的常量过程时，与环境交换的列称为“恒容列”，表示为“QV”。“v”表

16、示遵循性过程。等容不做非体积工作的条件下，由热力学第一定律得到。在一定容量下， v=0，w=p外 v=0或小过程：dV=0，W=P外部dV=0热力学第一定律得出的： u=qv-w=qvDu= qv- w= qv恒容热与内能的关系是 u=qvDU=QV常识表明，在不做体积以外的工作的一定容积过程中，水表吸收或释放的热量QV等于水表内的变化量 U。也就是说，在没有非体积工作的一定容量过程中，系统吸收的热量都用于增加系统的内部能量。系统减少的内部能量都通过热传递到环境。2.静压热和焓恒压过程是系统状态变化过程中压力不变的过程。系统执行无体积的恒压过程时，与环境交换的热量称为恒压热，并标记为“QP”。

17、“p”表示恒定压力过程。静压过程的特征是P=P外部=常量系统执行的操作：W=P外部 v=p v或小过程：W=P外部 dV=P dV热力学第一定律得出的du= qp- w= qp-p dv， qp=du p dv=du d (PV) qp=d (u p v)U、P、V都是水系的状态函数，因此根据状态函数的性质，在相同状态下，U PV也必须是状态函数。这样会出现新的状态函数日元脱皮(h)。焓定义为hu PV钨的单位和内能一样，是有能量的单位(焦耳)。钨是系统的状态函数，是容量性质。内部能量的绝对值不能确定，所以绝对值也不能确定。ental phy H=U PV没有明确的物理意义。在封闭系统不进行非容积工作的恒压过程中常识可以得到： Q P=d H同样，可以