物理化学之热力学第一定律ppt课件

1、 1.3 热力学第一定律热力学第一定律一、能量守恒原理一、能量守恒原理 1;.1840 年前后，焦耳年前后，焦耳 (Joule) 和迈耶和迈耶 (Meyer) 做了大量实验，结果表明：做了大量实验，结果表明：2;.1. 焦耳实验的意义焦耳实验的意义 3;.3. 热力学第一定律的表述热力学第一定律的表述4;.5;.二、二、内能内能 6;.7;.8;.结论：结论：9;.10;.11;.内能的特性：内能的特性：12;.13;.14;.15;. 16;. 17;.三、热和功三、热和功 18;.19;.2. 热和功的性质热和功的性质 20;.3. 符号表示：符号表示：21;.四、热力学第一定律的数学表达

2、式四、热力学第一定律的数学表达式 22;.23;. 24;.例例 1：设有一电热丝浸于水中，通以电流，如果按下列几种情况作为体系，试问：设有一电热丝浸于水中，通以电流，如果按下列几种情况作为体系，试问 U、Q、W 的正、的正、负号或零。负号或零。 25;.26;.27;. 五、膨胀功（体积功）：五、膨胀功（体积功）：We 28;.29;.2. 膨胀功膨胀功We计算计算30;. We = -F d l = -P外外 A d l = -P外外 dV（dV为膨胀时体系体积的变化值）为膨胀时体系体积的变化值） 31;. 不同过程膨胀功不同过程膨胀功21VVe0dVPW外32;.21VV12eVP)V(

3、VPdVPW外外外外外外33;.3) 在整个膨胀过程中，始终保持外压在整个膨胀过程中，始终保持外压 P外外 比体系压力小一个无限小的量比体系压力小一个无限小的量 d P 212121VVVVVVedVPdVdP)-(PdVPW外外34;.n若将体系置于恒温槽中，使气体在恒温条件下膨胀，并且是理想气体，则：若将体系置于恒温槽中，使气体在恒温条件下膨胀，并且是理想气体，则：P = n RT/V ( T为常数为常数 )2112VVVVVVVVePPlnnRTVVlnnRTdVV1nRTdVVnRTdVPdVPW21212121外外35;.2112VVVVVVVVePPlnnRTVVlnnRTdVV1

4、nRTdVVnRTdVPdVPW21212121外外36;.六、热学可逆过程六、热学可逆过程37;.38;. 39;. (1)VVlnnRTPdVW12VVe2140;.41;.(2)WPdVPdVWeVVVV2112 环环42;.结论结论(1)VVlnnRTPdVW12VVe21(2)WPdVPdVWeVVVV2112 环环43;.44;.45;.1. 热力学可逆过程热力学可逆过程 46;.47;. 在上述第二种抗恒外压在上述第二种抗恒外压P外外等温膨胀过程中，体系对环境作功为等温膨胀过程中，体系对环境作功为-P外外(V2 V1)，即图中棕色阴影面即图中棕色阴影面积。积。欲使体系从欲使体系从

5、 V2 回复到回复到 V1，环境所消耗的功至少需要等温线下的阴影面积（棕色，环境所消耗的功至少需要等温线下的阴影面积（棕色+黄色）。若环黄色）。若环境以恒外压境以恒外压 P1 使体系压缩至原状使体系压缩至原状 A，则环境需作更大的功：则环境需作更大的功：48;.49;.2. 热力学可逆过程的特征热力学可逆过程的特征 50;.3. 热力学可逆过程的研究意义热力学可逆过程的研究意义 51;.52;.例如例如 53;.例题例题54;.55;.56;.57;.58;.七、可逆相变及其膨胀功七、可逆相变及其膨胀功59;.60;.61;.* 此式也适用于固体的可逆升华。此式也适用于固体的可逆升华。* 对于

6、固液相变、固体晶型转化，由于不同相的密度差别不大，故：对于固液相变、固体晶型转化，由于不同相的密度差别不大，故： We = -P V （固液相变、固体晶型转化）固液相变、固体晶型转化） 62;.63;.64;.65;.66;.67;.八、恒容和恒压下的热量（交换）八、恒容和恒压下的热量（交换） 68;.69;.1. 恒容过程恒容过程 70;.71;.讨论：恒容与等容过程严格地说两者是有差别的讨论：恒容与等容过程严格地说两者是有差别的 72;.73;.结论结论74;.2. 恒压过程恒压过程 75;.76;.77;.78;.79;.结论：结论：80;.注意：注意：81;.82;.九、理想气体的内能

7、（九、理想气体的内能（U）和焓（和焓（H） 83;.结果：当气体压力结果：当气体压力 P 不是很高（通常情况）时，观察不到水浴温度的变化，即不是很高（通常情况）时，观察不到水浴温度的变化，即 84;.85;.上述结果的数学表示：上述结果的数学表示： 86;.87;.讨论讨论 88;.89;.90;.2. 理想气体的焓理想气体的焓 91;.92;.推论：推论： 93;.十、恒容热容、恒压热容十、恒容热容、恒压热容 94;.95;.96;.（1）恒容过程）恒容过程 97;.98;. 99;.（2）恒压过程）恒压过程 100;.101;. 2. 理想气体的理想气体的 Cv、CP 关系关系 102;.

8、103;.104;.3. 热容与温度的关系热容与温度的关系 105;.106;.通常情况下采用的经验公式有以下两种形式通常情况下采用的经验公式有以下两种形式:107;.108;.4. 使用热容经验公式的注意点：使用热容经验公式的注意点：109;.110;.十一、绝热过程十一、绝热过程 111;.112;.1. 绝热过程与恒温过程的区别绝热过程与恒温过程的区别 113;.114;.2. 理想气体绝热可逆过程的理想气体绝热可逆过程的“过程方程过程方程”115;.116;.117;.118;.119;.120;.121;.122;.123;.124;.如图所示理想气体从同一状态（如图所示理想气体从同

9、一状态（V, P）出发，经过绝热可逆过程与恒温可逆过程，出发，经过绝热可逆过程与恒温可逆过程，P与与V关系的关系的差别。差别。 125;.126;.127;.128;.129;.130;.131;.132;.133;.134;.135;.3. 绝热不可逆过程绝热不可逆过程 抗恒外压膨胀抗恒外压膨胀136;.137;.例：例： 138;.139;.140;.141;.4. (不可逆不可逆) 绝热过程曲线在状态空间中的位置绝热过程曲线在状态空间中的位置经过一个抗恒外压的不可逆绝热膨胀，若达到与可逆绝热膨胀相同体积（图经过一个抗恒外压的不可逆绝热膨胀，若达到与可逆绝热膨胀相同体积（图b）的终态，则体

10、系的终态，则体系做功较绝热可逆少，内能损失少，终态温度也较高些；但比（相同终态体积）的恒温可逆过程的做功较绝热可逆少，内能损失少，终态温度也较高些；但比（相同终态体积）的恒温可逆过程的终态温度低终态温度低。142;.143;. 对于不可逆过程，不能用实线在状态图上表示过程。因为状态图上实线上的每一点都表示体系对于不可逆过程，不能用实线在状态图上表示过程。因为状态图上实线上的每一点都表示体系的某一热力学平衡状态；的某一热力学平衡状态；而不可逆过程进行中（除起始和终了平衡状态外）体系处于热力学非平衡态，故在此只能用虚而不可逆过程进行中（除起始和终了平衡状态外）体系处于热力学非平衡态，故在此只能用虚线表示。线表示。144;. (不可逆不可逆