热力学第一定律2

物理化学BI第一章,热力学第一定律及其应用,TheFirstLawofThermodynamics,1.1热力学基本概念,1.1.6热力学过程,1.1.1体系（或系统）与环境,1.1.3状态和状态函数,1.1.2体系的性质,1.1.4热力学体系的规律,1.1.5热力学体系的平衡条件,1.1.7热力学能、热和功,1.1.7热力学能、热和功,热力学能体系总体能量状况：整体动能、整体势能、热力学能,热力学能（thermodynamicenergy），又称为内能（internalenergy），它是指体系内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。,热力学能用符号U表示。,焦耳的一系列实验,绝热封闭系统T1T2,关于热力学能（U）的定义,结论：,无论以何种方式，无论直接或分成几个步骤，使一个绝热封闭体系从某一始态变到某一终态，所需的功是一定的，这个功只与体系的始态和终态有关。,关于热力学能（U）的定义,这表明体系存在一个状态函数，在绝热过程中此状态函数的改变量等于过程的功。,焦耳实验结论可表示为:,U=U2U1=W（封闭，绝热）根据GB3102.893状态函数U称为热力学能，单位为J。,这表明体系存在一个状态函数，在绝热过程中此状态函数的改变量等于过程的功。,焦耳实验结论可表示为:,状态函数？属广度或强度性质？,U是状态函数，属广度性质,（1）定态下有定值；（2）U只决定于始末态，与变化的路径无关。,功（work）,热（heat）,体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。它是环境与系统间无序的能量传递形式。,体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。它是环境与系统间有序的能量传递形式,对热和功的几点交待,（1）Q和W只是能量传递形式，本身不是能量；有过程才会有Q和W。所以U是状态函数，而Q和W不是，其数值与变化途径有关。,Q和W的微小变化用符号而不能用表示,改变量：,对热和功的几点交待,（2）Q和W是体系与环境之间能量传递形式，离开环境无所谓热和功的概念。（3）关于Q和W的符号规定：体系吸热Q0，放热Q0，体系对环境做功W0。,对热和功的几点交待,（4）分类热：简单变温过程中的热；相变热；化学反应热。功：膨胀功（体积功）We；非膨胀功（其他功），如机械功、表面功、电功,对热和功的几点交待,（5）关于We如下图所示，一个带有理想活塞贮有一定量气体的气缸，截面积为A；环境压力为p外。设活塞在力的方向上的位移为dl。,对热和功的几点交待,关于体积功（教材32页）,在此微小过程中，气体克服外力所作的功：,如果体系发生明显的体积变化，则：,-计算体积功的基本公式,有关功的概念，请注意：,有限量体积功：,微量体积功：,（2）计算体积功时必须使用外压。,（1）,非特殊指明，可用W或W表示。,例1：气体向真空膨胀（自由膨胀）,例2：等容过程,例3：恒外压过程p外=C，p1p2,例4：等压过程（p1=p2=p外=p）,热与功,杜瓦瓶及其中的物质为系统，Q=0,若取烧杯及烧杯中的物质为系统，则Q0,W0,U0,热和功的取号与热力学能变化的关系,：功。体系得功为正，否则为负,：热。体系吸收热量为正，否则为负,热力学第一定律是能量守恒定律的体现。,体系,火,Systemsmustbeclosedorisolated.,appliestoallchangesinstatesforallsystems?,适用条件：封闭体系、孤立体系,a)普朗克的能量子的发现；,b)爱因斯坦的充电效应公式；,d)相对论中的质能公式,C)玻尔原子结构中的频率公式；,现代科学的发展，也充实了能量守恒与转化原理：,能量守恒与转化原理,热力学第一定律的文字表述,热力学第一定律可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。,第一类永动机（firstkindofperpetualmotionmachine),一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。,历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。,【例题】,一体系由A态变化到B态，沿途径I放热100J，对体系做功50J，问：1、由A态沿途径II到B态，体系做功80J，则过程Q值为多少？2、如果体系再由B态沿途径III回到A态，得到50J的功，体系是吸热还是