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第二章热力学第一定律
第二章热力学第一定律
热力学是研究热和其他形式能量间相互转化的规律
1) 研究系统宏观性质间的关系,如P、V、T之间的关系;
2) 研究变化过程中的能量效应;
3) 研究在一定条件下,变化的方向和限度问题。
理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律 1850年,Joule提出,主要研究热和其他形式能量相互转化的守恒关系。
热力学第二定律 1848年和1850年分别由开尔文和克劳修斯建立,主要研究热和其他形式能量相互转化的方向性问题。
热力学在化学过程的应用,就形成了化学热力学,主要解决两大问题:
(1) 化学过程中能量转化的衡算
(2) 判断化学反应进行的方向和限度
热力学方法的局限性:
(1) 热力学研究的是宏观体系
(2) 仅研究变化的可能性
一、体系与环境
在热力学中,为了明确讨论或研究的对象,常常将所研究的一部分物质或空间与其余的物质和空间分开,构成体系;体系之外与体系密切相关、相互影响的其他部分称为环境。
体系可以是实际存在的,也可以是想象的。体系与环境间的界面可以是真实的界面,也可以是虚构的界面。(如选取空气中的O2 为研究系统,则它与N2及其他气体之间就没有实际的分界面)
§2-1 热力学基本概念
根据体系与环境的相互作用关系,可将体系分为三类:
敞开体系(open system)
体系与环境间既有物质交换,又有能量交换;
封闭体系(closed system)体系与环境间只有能量交换;
孤立体系(isolated system)体系与环境既无物质交换也无能量交换。
在本章中,
若没有作特
别的说明,
系统均是指
封闭系统。
1. 热力学平衡态
它同时要满足下列四种平衡:
(1) 力平衡(mechanical equilibrium)
体系内部各处压力相等,同时与环境的压力相等。如果
体系与环境被刚壁隔开,则可以不考虑环境的压力。
二、体系的状态和性质
(3) 化学平衡(chemical equilibrium)
体系组成不随时间变化
(4) 相平衡(phase equilibrium)
物质在各相中组成不随时间变化。
上述平衡条件中任何一个得不到满足,
则体系处于非平衡态。
(2) 热平衡(thermal equilibrium)
体系内部各处温度相等。
:表征系统状态的物理量,如P、V、T、粘度、密度、焓等,称为系统的宏观性质。
系统的性质可分为两类:广度性质和强度性质。
例如:如图所示,当系统分割成二个部分时,
有的性质具有加和性,有的性质不具有加和性。
显然V=V1+V2
但 P≠P1+P2
T≠T1+T2
而有 P=P1=P2,
T=T1=T2
(1)广延性质(extensive properties)
也称容量性质,其数值与物质的量成正比,如:质量,体积,内能等。广延性质具有加和性。
(2) 强度性质(intensive properties)
其数值与物质的量无关,如:温度、压力、密度等。强度性质不具有加和性。广延性质除以质量或物质的量就成为强度性质。
二者关系:将某一广度性质除另一就成为强度性质,
如Vm=V / n ;某一强度性质乘以一广度性质,得到
另一广度性质,如m=ρV 。