ppt热力学第一定律.ppt

第二章热力学第一定律,TheFirstLawofThermodynamics,物理化学,学习要求：,理解热力学基本概念、热力学能和焓的定义；掌握热力学第一定律的文字表述及数学表述。理解热与功的概念并掌握其正、负号的规定；掌握体积功计算，同时理解可逆过程的意义特点。重点掌握运用热力学数据计算在单纯pVT变化、相变化、化学变化过程中系统的热力学能变、焓变以及过程热和体积功。,第二章热力学第一定律,2.1热力学基本概念,2.2热力学第一定律,2.3恒容热、恒压热、焓,2.4热容、恒容变温过程、恒压变温过程,2.5焦耳实验、理想气体的热力学能、焓,2.6气体可逆压缩过程理想气体绝热可逆过程方程式,第二章热力学第一定律,2.7相变化过程,2.9化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓,2.10由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓,2.8溶解焓及混合焓,2.11节流膨胀与焦耳-汤姆逊系数,2.1热力学基本概念,1.系统体系和环境,在科学研究时必须先确定研究对象，把研究的对象称为系统或体系。,环境（surroundings）,系统以外的与系统相联系的那部分物质称为环境。,系统（system）,隔开系统与环境的界面可以是实际存在的，也可以是想象的，实际上并不存在的。,根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：,（1）敞开系统（opensystem）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。,（2）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。,（3）孤立系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。,（1）状态(state)和状态函数(statefunction)系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态，而与系统的经历无关；它的变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数。,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。,状态函数在数学上具有全微分的性质。,2.状态和状态函数,（2）广度量和强度量用宏观可测性质来描述系统的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：,广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。,强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于系统自身的特点，与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。,（3）平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：,热平衡（thermalequilibrium）系统各部分温度相等。,力平衡（mechanicalequilibrium）系统各部分的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。,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）反应系统中各物质的数量不再随时间而改变。,过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称为过程。途径：实现这一过程的具体步骤称为途径。恒温过程：dT=0,T=T（环）恒压过程：dp=0,p=p（外）恒容过程：dV=0绝热过程：Q=0循环过程：dX=0可逆过程：无限趋近平衡的条件下进行的过程（非严格定义），实为准静态过程。,3.过程(process)和途径(path),2.2热力学第一定律,1.功（work）,系统与环境之间传递能量的方式有热和功，除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。,功可分为体积功和非体积功两大类。W的取号：,W0环境对系统作功(环境以功的形式失去能量)W0系统对环境作功(环境以功的形式得到能量),功,W不是状态函数,不能以全微分表示,微小变化过程的功,用W表示,不能用dW。,非体积功：体积功以外的其它功,以W表示,如,机械功,电功,表面功等,体积功：系统体积V变化时与环境传递的功以W表示；,体积功通式的推导,体积功的计算,对反抗恒定外压过程,体积功的通式,可逆过程的体积功,可逆过程,外压和内压相差无穷小,理想气体，pVnRT，则,理想气体恒温膨胀,则,Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。,系统吸热，Q0；,系统放热，Q0节流膨胀后，温度降低0节流膨胀后，温度升高=0温度不变,3.焦耳-汤姆逊系数正负号的热力学分析,真实气体的摩尔焓是温度和压力的函数,2.40求证在理想气体p-V图上任一点处，绝热可逆线的斜率的绝对值大于恒温可逆线的绝对值。,证明：对于理想气体恒温过程符合：,对于理想气体绝热可逆过程有：,PV图如下：,2.44将带有两通活塞的真空容器置于压力恒定、温度为的大气中。现将活塞打开，使大气迅速流入并充满容器，达到容器内外压力相等。球正经入容器后的气体温度式中r为大气的热容比。推导时不考虑容器的热容，且大气按一种气体对待。证明：