第1章热力学第一定律.ppt

本章重点
重点讲授内容:状态函数及其特点;热力学第一定律;功W、热Q、内能变化△U和焓变△H的计算;可逆过程的概念;膨胀功;化学反应的热效应;盖斯定律和基尔霍夫定律的应用;各种热效应的计算;非恒温反应热。
深刻理解:状态函数(内能和焓)及可逆过程等基本概念。
熟练掌握:Q、W、△U、△H和各种热效应的计算。
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第一章热力学第一定律
一、系统与环境(system and surroundings):
为了研究问题的需要,人们将所选择的研究对象称为系统,而将系统之外的有关物质和空间称为环境。系统-环境通过界面相联系:物质、能量。 系统与环境的划分完全是根据研究的需要人为规定的,具有任意性。
第一节热力学的基本概念
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第一章热力学第一定律
系统与环境之间通过界面进行物质与能量的交换。
孤立系统(隔离系统,isolated system):与环境间既无能量的传递,也无物质的传递。 孤立系统往往是为了研究的需要人为假设的。
封闭系统(closed system):与环境间只有能量的传递,而没有物质的传递;
敞开系统(open system):与环境间既有能量的传递,也有物质的传递;
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第一章热力学第一定律
二、系统的性质
强度性质(intensive properties):凡与系统中物质的数量无关的性质,T(K)、P(Pa)、ρ(kg/m3)
容量性质具有加和性,两种容量性质相除后就变为强度性质。
例:ρ=m/V
容量性质(广度性质,extensive properties):凡与系统中物质的数量有关的性质,如V(m3)、m(kg)
宏观性质与微观性质
宏观性质是微观性质的综合体现
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第一章热力学第一定律
三、状态和状态函数 1. 状态(state):要描述一个系统,就需要涉及它的一系列性质,如质量、温度、压力、体积、聚集状态、组成等。当系统的各种性质都确定以后,系统就有了确定的状态。热力学系统的状态是其物理性质和化学性质的“综合表现”。
我们把确定系统状态的性质称为状态性质。
系统的热力学状态性质只决定于系统所处的状态,而与系统如何达到这一状态无关。在热力学中,我们把这些仅仅决定于状态的物理量统称为状态函数(state function)。
在状态不变时,所有状态函数都保持原有的值,只有当状态改变时,状态函数才可能改变。即状态函数的值只决定于系统的状态,而与途径无关。
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第一章热力学第一定律
2. 状态函数:
在热力学中,我们将系统的各种宏观性质称为系统的状态函数。
★状态和性质之间是相互影响,相互制约的,系统的状态性质中只要有一个发生变化,必将引起其它性质的变化。
状态函数是系统所处状态的单值函数。对于确定的状态,所有的状态函数都有确定的值。相反,当状态函数发生变化时,状态也随之变化。
描述某一系统所需的变量个数:
由经验可知,一般来说,质量一定的单组分均相系统,只需要指定两个状态函数就能确定它的状态。另一个通过一定的关系也就随之而定了,从而系统的状态也就确定了。
例:理想气体状态方程 PV=nRT
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第一章热力学第一定律
状态函数的两个重要特征: 1). 系统的状态一定,状态函数就唯一确定; 2). 状态函数改变量,仅取决于状态变化的始末态,与变化所经途径无关。
可以用全微分的概念来表述状态函数的特性。
设x为状态函数,系统从始态1变到末态2时,其微小变化量为
对循环过程,状态复原
推论:如果状态变化后,某变量具有全微分的特性,则此变量必定是状态函数。
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第一章热力学第一定律
四、热力学平衡(thermodynamic equilibrium)
在热力学中,所研究的状态主要是平衡状态。
平衡状态(equilibrium state):假设系统在一定条件下,经过足够长的时间,各种宏观性质都不随时间而改变,此后即使切断系统与环境之间的能量与质量传递,系统的宏观性质仍不改变。
热力学平衡,系统必须同时满足四个条件:1) 热平衡(thermal equilibrium):系统的各个部分和环境之间的温度均相等;2) 力学平衡(mechanical equilibrium):系统内部以及系统与环境之间没有不平衡的力存在,宏观上也不发生相对的移动。系统各部分的压力亦相等;3) 相平衡(phase equilibrium):系统中各个相可以长时间共存,各相组成及数量不随时间改变;4) 化学平衡(chemical equilibrium):宏观上,系统的组成不随时间改变