热力学基本原理(一)
第1章 热力学基础 -1
系统在一定环境条件下，经足够长的时间， 系统在一定环境条件下，经足够长的时间，可观测到的 宏观性质都不随时间而变，此时系统的状态称为热力学 宏观性质都不随时间而变，此时系统的状态称为热力学 平衡态。 平衡态。 热力学平衡态应同时有： 热力学平衡态应同时有： 应同时有 ⑴热平衡：系统各部分T 相等；若不绝热,则T系统= T环境。 热平衡：系统各部分 相等；若不绝热, ⑵力平衡：系统各部分p 相等；边界不相对位移。 力平衡：系统各部分 相等；边界不相对位移。 ⑶相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。 相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。 化学平衡：系统组成不随时间改变。 ⑷化学平衡：系统组成不随时间改变。
2 热力学第一定律
2.1 热力学第一定律 热力学第一定律就是能量守恒定律， 热力学第一定律就是能量守恒定律，这是从大量实践中 总结出的一个普遍规律。热力学第一定律又可表述为“ 总结出的一个普遍规律。热力学第一定律又可表述为“第一类 永动机”不可能造成。 永动机”不可能造成。 2.2 热力学能
2 热力学第一定律
1.2 状态与性质 状态: 系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。 状态: 系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。 描述系统的状态 性质：系统的热力学性质。系统的状态决定系统的宏观 性质：系统的热力学性质。系统的状态决定系统的宏观 热力学性质 决定 性质。 性质。 决 定
状态
描 述
性质
宏观性质分为两类： 宏观性质分为两类： 强度性质：与系统中所含物质的量无关， 强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性 (如p,T 等) 广度性质：与系统中所含物质的量有关， 广度性质：与系统中所含物质的量有关，有加和性 (如n,V,等） V,等 若指定了物质的量，则成为强度性质， 若指定了物质的量，则成为强度性质， 如Vm= V/n。 。
热力学基础(1-2)
盖斯定律： 化学反应不管是一步完成还是分 几步完成，其反应热总是相同的。
P29 试由键能计算下列发应的焓变 CH3CH3(g) ② C(g) + 6H(g)
根据Hess定律： H ② = H ① + H ③ ∵ H ①=rH m, H ②=bH m(C-C, 6C-H), H ③=bH (C=C, 4C-H, H-H) ∴ rH m= bH m(C-C, 6C-H)－bH m(C=C, 4C-H, 反应物 产物 H-H)
反应进度必须对应具体的反应方程式。
3.热化学方程式 表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓 变)关系的化学反应方程式。 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) mol △ rHm 298 = -483.64kJ· -1
△ rHm 称为反应的标准摩尔焓变。
标准状态： 气体：T，p = p =100kPa 液、固体：T，p 下，纯物质 溶液：溶质B，bB=b =1mol· -1 kg cB=c =1mol· -1 L
敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。
封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。
隔离体系：与环境既无物质也无能量交换。
2.1.2 状态和状态函数
状态(state)：系统的宏观性质的综合表现。 状态函数(state function)：描述系统性质的物 理量。(p,V,T) 特点：① 状态一定,状态函数一定。 ② 状态变化,状态函数也随之而变(未 必所有状态函数都要变化)。
U 2 U1 U
热力学能变化只与始态、终态有关，与 变化途径无关。
2.2.3 热力学第一定律
(first law of thermodynamics)
能量具有各种不同的形式，它们之间可以相 互转化，而且在转化的过程中能量的总值不变！ 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。 Q U1 W U2 U2 = U 1 + Q + W U2 - U 1 = Q + W
高等工程热力学-第一章、热力学基本原理及定义
⑵试写出终态温度T2及排出质量me的表达式。
§1-3 热力学第二定律
一、热力学第二定律的实质及说法
1、热力学第一定律的局限性及热力学第二定律的实质
◆热力学第一定律的实质是能量转换及守恒定律。.
◆任何一个已经完成或正在进行的过程都遵循热力学第一定律。
◆热过程是有方向性的，过程的进行是有条件的， 并有一定的限度。
◆热力学第一定律具有局限性。
热力学第二定律的实质----能质衰贬原理
◆热力学第二定律揭示了不同形式的能量，在转换成功 量的能力上是有“质”的差别的；
◆即使同一种形式的能量，其存在状态不同时，它的转 换能力也是不同的。
◆正是因为各种不同存在形式或不同存在状态的能量， 在传递及转换能力上存在着“质”的差别，所以，在能 量传递及转换过程中，就呈现出一定的方向、条件及限 度的特征。
①能量的存在形式。 有序能＞无序能 ②周围环境----定义能质高低的共同基准。
“不能脱离周围环境来进行能质分析!” ③能量的存在状态，即系统所处的状态。
2、寂态（dead state）
当系统与周围环境达到热力学平衡时，系统的状态称为寂态。 此系统中的能量就完全丧失了转换的能力，其能质为零。因此， 寂态可以作为度量任何系统能量品位高低的统一基准。 系统的状态偏离寂态越远，系统能量的品位越高。
∴ 而
则
忽略动、位能变化，则
一种流体的焓增加等于另一种流体的焓减。 即一种流体的吸收的热量等于另一种放出的热量。
例3、喷管
0
0
0
则 对1kg流动工质
∵ ∴ ∴
例4、绝热节流
0
0
什么是热力学第一定律
什么是热力学第一定律？热力学第一定律是热力学的基本原理之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。
热力学第一定律可以通过以下几个方面来解释：1. 能量守恒：热力学第一定律表明，在一个封闭的系统中，能量不能被创建或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。
系统的总能量保持不变。
2. 内能：内能是物质系统中分子和原子的热运动能量的总和。
热力学第一定律描述了内能的转化和守恒。
当一个物质系统发生能量转移时，其内能会发生相应的变化。
3. 热量和功：热力学第一定律将能量转移分为两种方式：热量和功。
热量是由于温度差异而传递的能量，而功是通过外界对系统施加的力来进行的能量转移。
4. 系统的能量平衡方程：热力学第一定律可以用一个能量平衡方程来表示。
根据这个方程，系统的内能变化等于系统所接收的热量减去系统所做的功。
热力学第一定律的应用：热力学第一定律在许多领域有广泛的应用，包括工程、化学、天文学等。
以下是一些应用示例：1. 热效率：热力学第一定律可用于计算热机的热效率。
热机是将热能转化为机械能的设备，如汽车发动机和蒸汽轮机。
根据第一定律，热机的热效率定义为所产生的功与所吸收的热量之比。
2. 化学反应：热力学第一定律可以用于研究化学反应的能量变化。
化学反应中的能量变化可以通过测量反应的热效应来获得，例如焓变。
3. 热力学循环：热力学第一定律对于分析和设计热力学循环非常重要。
热力学循环是一种将热能转化为功的过程，如蒸汽动力循环和制冷循环。
根据第一定律，循环过程中的能量转移必须满足能量守恒。
4. 天体物理学：热力学第一定律在天体物理学中也有重要的应用。
它可以用于研究星体的能量转移和恒星的能量产生。
通过分析恒星的内部能量转化过程，我们可以了解恒星的演化和能量平衡。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒的基本原理。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。
热力学第一定律在能量转移、热效率、化学反应、热力学循环和天体物理学等领域具有重要的应用价值。
热学的基本原理
热学的基本原理热学是物理学中研究热现象和热力学性质的分支学科。
它涉及到能量转换、传输和热平衡等方面的知识。
本文将介绍热学的基本原理，包括热传导、热辐射和热对流等内容。
一、热传导热传导是热学中最基本的热传递方式之一。
它描述了热量通过固体、液体或气体中的分子或原子之间的碰撞传播的过程。
热传导的速率与材料的导热性能有关，而导热性能则取决于物质的热导率和形状等因素。
热传导的基本原理可以通过傅里叶热传导定律来描述。
该定律表明，在温度梯度存在的情况下，热流密度正比于温度梯度的负向，并与材料的导热性能有关。
二、热辐射热辐射是指物体由于其本身的热能而产生的辐射现象。
热辐射是热学中另一种重要的热传递方式。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射功率与物体的温度的四次方成正比。
热辐射的基本原理是由于物体的分子或原子内部存在量子能级的跃迁而引起的。
当物体处于高温状态时，分子或原子内部的电子会发生能级跃迁，并以电磁波的形式辐射出去。
三、热对流热对流是指液体或气体中因密度变化引起的流动而产生的热传递方式。
热对流可以通过对流传热定律来描述，该定律表明，热流密度正比于温度梯度，并与流体的导热系数和对流换热面积有关。
热对流的基本原理是由于密度差异在液体或气体中产生流动，形成对流传热。
这种流动可以通过热对流换热过程将热量从高温区域传递到低温区域。
四、热平衡热平衡是指物体之间不再发生热量交换的状态。
根据热平衡原理，当两个物体处于热平衡状态时，它们之间不存在温度差。
热平衡是热学中一个重要的概念，它对于理解热传递过程和热力学系统的性质和行为具有重要意义。
在热平衡状态下，根据热力学第零定律，如果两个物体与一个第三个物体分别处于热平衡状态，那么它们之间也必然处于热平衡状态。
这一定律为测量温度提供了基础。
热学的基本原理涉及到热传导、热辐射、热对流和热平衡等方面的知识。
通过理解和应用这些基本原理，我们可以更好地解释和分析热现象，并在工程和科学领域中应用热学原理来优化设计和解决问题。
热力学第一定律与内能
热力学第一定律与内能热力学是研究能量转化和守恒的物理学分支。
作为热力学的基本原理，热力学第一定律与内能密不可分。
本文将探讨热力学第一定律与内能的关系及其在能量转化中的应用。
一、热力学第一定律的概念与原理热力学第一定律又称能量守恒定律，是指在系统内部能量转化过程中，能量的增加或减少等于系统对外界做功加上或减去系统所吸收或放出的热量。
热力学第一定律可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统所吸收或放出的热量，W代表系统对外界做的功。
二、内能的定义与内能变化内能是指系统的微观粒子的能量之和，包括粒子的动能和势能。
内能的变化可以通过系统吸收或放出的热量和对外界做的功来描述。
根据热力学第一定律的表达式，内能的变化可以表示为：ΔU = Q - W当系统吸热时，Q为正值，表示系统从外界吸收热量，增加内能；当系统放热时，Q为负值，表示系统向外界释放热量，减少内能。
对于做功过程，当系统对外界做功时，W为正值，表示系统做功减少内能；当外界对系统做功时，W为负值，表示系统对外界做功增加内能。
三、热力学第一定律与能量转化的应用热力学第一定律与内能密切相关，广泛应用于各个领域的能量转化过程中。
以下是一些常见的应用场景。
1. 热机热力学第一定律在热机中有重要应用。
热机是指通过吸收热量将热能转化为机械能的装置。
根据热力学第一定律，热机的效率可以表示为：η = W/Qh其中，η表示热机的效率，W为热机对外界做的功，Qh为热机从高温热源吸收的热量。
热机的效率随热量转化的方式、工作温度等因素而变化，热力学第一定律为热机的设计和优化提供了理论基础。
2. 化学反应热力学第一定律也适用于化学反应的能量变化。
化学反应通常伴随着热量的吸收或放出，根据热力学第一定律的原理，化学反应的热效应可以通过内能变化来表示。
例如，当化学反应放出热量时，反应物的内能减少，产物的内能增加；当化学反应吸收热量时，反应物的内能增加，产物的内能减少。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学是研究能量转化和传递的一门学科，其第一定律是热力学基本原理之一。
它表明能量在物理系统中的守恒，即能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转换为另一种形式。
第一定律的数学描述可以表示为ΔU = Q - W，其中ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外做的功。
根据第一定律，系统的能量增加等于吸热加上对外做功，或能量减少等于放热减去对系统做功。
这一定律的实际意义在于揭示了能量的转换原理，以及能量转化的限制。
无论是机械系统、化学反应还是生物体内的能量转化，都遵循这一定律。
它为热力学领域提供了基本框架和理论依据。
在实际应用中，热力学第一定律有许多重要的应用。
其中一项常见的应用是热力学循环，如汽车发动机、蒸汽轮机等。
这些循环利用热能转化为机械能，通过工作物质对外做功。
根据第一定律，热力学循环中能量的输入和输出必须达到平衡，否则系统将无法稳定运行。
此外，热力学第一定律还为能量计量提供了理论基础。
在工程和科学领域中，能量计量是一项重要的任务。
通过准确测量和计算系统吸热和做功的值，可以对能量流动和转化进行分析和优化，以提高能源利用效率和工作效益。
总之，热力学第一定律是热力学领域的基本原理之一，为能量转化和传递提供了基本理论依据。
它揭示了能量守恒的规律，规定了能量转化的限制。
在实际应用中，第一定律用于分析热力学循环和能量计量，对于提高能源利用效率和工作效益具有重要意义。
通过热力学第一定律的研究，我们可以更好地理解和掌握能量的转化规律，进而为工程技术的发展和能源的合理利用提供科学依据。
热力学第一定律的应用将进一步推动能源环境可持续发展，为人类创造更加美好的未来。
热力学基本原理(一)讲解
δ W pex dV；
① 向真空膨胀（自由膨胀）
p ex = 0， W=0 ② 等容过程 dV=0，W=0 ③ 恒外压膨胀 pex= 常量， W= – pex (V2 -V1)
④ 恒温可逆过程
W nRT ln V2 nRT ln p2
V1
p1
2019/6/10
1-3 体积功的计算、可逆过程
数值可连续变化，数学上有全微分
p f (T ,V )
dp p dT p dV T V V T
2019/6/10
1-1 热力学基本概念
三、过程和途径
过程：系统由一个始态到一个终态的状态变化。 途径：实现过程的具体步骤。
几种重要过程：
（1）等温过程：系统的始终态温度相等，且等于恒定的环境温度。 （2）等压过程：系统的始终态压力相等，且等于恒定的环境压力。 （3）等容过程：在整个过程中，系统的体积保持不变。 （4）绝热过程：在整个过程中，系统与环境之间无热量的交换。 （5）循环过程：系统经历一个过程后，又回到原来的状态。
ΔU = U2 - U1= Q + W
例1-1：某封闭系统中充有气体，吸收了45 kJ的热，又对环境做 了29 kJ的功，计算系统的热力学能的变化。
解：吸热 Q = 45kJ 失功 W= - 29kJ △U= Q + W = 45 + (-29) = 16 kJ 该系统的热力学能增加了16kJ。
2019/6/10
第 1 章 热力学基本原理（一）
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 1.3 体积功的计算、可逆过程 1.4 焓与热容 1.5 热力学第一定律在单纯物理变化过程中的应用 1.6 热力学第一定律对化学反应的应用——热化学
第1章 热力学基本原理-第二定律(6)
V
1.7 热力学第二定律的文字表述
寻找文字说法: 自发过程
Ⅰ
Ⅱ
假定有条件1 自发过程
不自发过程 则：条件1 是不可能的。
热力学第二定律从经验上总结出多种“‥ ‥ ‥是不可能的”说法。
1.7 热力学第二定律的文字表述
1.7.2. 热力学第二定律的文字表述
克劳修斯（Clausius）的说法：“不可能把热从低温物体传 到高温物体，而不引起其它变化。”
1.9 熵函数
1.9.1.熵的定义
任意可逆循环可以用无限多个微小卡诺可逆循环代替
1.9 熵函数
任意可逆循环的热温商 用相同的方法把任意可逆 循环分成许多首尾连接的小卡 诺循环，前一个循环的等温可 逆膨胀线就是下一个循环的绝 热可逆压缩线，如图所示的虚 线部分，这样两个过程的功恰 好抵消。 从而使众多小卡诺循环的总效应与任意可逆循环 的封闭曲线相当，所以任意可逆循环的热温商的加和 等于零，或它的环程积分等于零。
S
1 2
2
1
Qr S T
>不可逆 =可逆 > 不可逆 = 可逆
Q
T
1.克劳修斯不等式 2.热力学第二定律 数学表达式
dS
Q
T
1.9 熵函数
Clausius 不等式的意义： Clsusius 不等式引进的不等号，在热力学上可以作 为变化方向与限度的判据。
Q dS T
> 不可逆过程，不违反第二定律 = 可逆过程 < 不存在过程，违反第二定律
1.8 卡诺循环和卡诺定理
不可逆循环的热温商：
Q1 Q2 Q2 ir 1 Q1 Q1
Q2 T2 所以 1 1 Q1 T1
r
热力学第一定律内能与热量
热力学第一定律内能与热量热力学第一定律：内能与热量的关系热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它揭示了内能与热量之间的密切关系。
本文将详细讨论内能与热量的概念、内能变化与热量传递的关系，以及热力学第一定律的应用。
一、内能的概念及性质内能是热力学中的基本概念，它代表了系统的热运动能量和分子间势能的总和。
内能的记号为U，它与物质的物态、温度、压力等因素有关。
内能的性质一：内能是一个状态函数，即内能的变化只与初末状态有关，与路径无关。
这意味着在相同初末状态下，无论通过何种路径达到终态，内能的变化量是相同的。
内能的性质二：内能被定义为单位质量或单位摩尔物质的能量，通常以焦耳（J）或千焦（kJ）为单位。
二、内能变化与热量传递内能的变化可以通过两种方式实现：一是通过热量传递，二是通过做功。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于吸收的热量与对外界所作的功之和。
1. 热量传递热量（Q）是能量的一种传递形式，它是由于温度差而产生的能量传递。
根据热力学第一定律，当热量从高温物体传递到低温物体时，高温物体的内能减少，低温物体的内能增加。
2. 做功做功是指系统对外界做功的能力。
在内能变化中，若系统对外界做功，则内能减小；反之，若外界对系统做功，则内能增加。
做功的单位为焦耳（J）。
三、热力学第一定律的应用热力学第一定律在能量转化与守恒、热工学领域等方面有着广泛的应用。
1. 能量转化与守恒热力学第一定律指出能量守恒的基本原理，系统的能量不会凭空消失或产生，只能在不同形式之间相互转化。
通过合理利用内能变化与热量传递的关系，可以实现能量的高效转化。
2. 热工学领域热力学第一定律在热工学领域有广泛的应用，如热机、热泵、制冷器等设备。
通过热力学第一定律，可以优化设备的能量利用效率，并提高整体系统的性能。
结语热力学第一定律揭示了内能与热量之间紧密的关系，为能量转化与守恒提供了基本原理。
对于热力学的研究和应用具有重要意义。
通过深入理解内能和热量的概念，并将热力学第一定律运用于实际问题中，我们可以更好地利用能量资源，提高能源利用效率。
第一章_热力学第一定律
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15
(3)化学变化过程: 化学反应 Zn+CuSO4 (aq) ＝ Cu+ZnSO4 (aq)
ZnSO4 CuSO4
Zn
定温定压下在 烧杯中进行
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
定温定压下在 原电池中进行
第一章 热力学第一定律
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16
4. 热力学平衡系统
系统与环境间 无物质、能量的交换，系统各状 态性质均不随时间而变化时，称系统处于热力学 平衡。
第一章 热力学第一定律
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18
§1.3 能量守恒——热力学第一定律
1.热力学能的概念 2.功和热的概念 3.热力学第一定律的数学表达式
第一章 热力学第一定律
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能量守恒原理:
能量不能无中生有，也不会无形消失。
能量可以从一种形式转换成另一种形式，如热和 功的转换。但是，转换过程中，能量保持守恒。
W2
V1 pdV
V2
nRT
ln V1 V2
第一章 热力学第一定律
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5
(３)在热力学研究中无时间概念，即不管（反应） 变化速率。
例如根据热力学计算，金刚石可自发地变成 石墨，但这个过程需用多少时间？发生变化的 根本原因和机理？热力学中无法知道。
这些特点既是热力学方法的优点，也是它 的局限性。
第一章 热力学第一定律
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6
§1.2 几个基本概念
第一章 热力学第一定律
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13
3.过程与途径
系统状态发生的一切变化为过程，变化的具体步 骤称为途径。可分为三类：
热力学第一定律热量和功的关系
热力学第一定律热量和功的关系热力学是研究热现象和与之相关的物理性质和过程的学科。
它的基本定律之一就是热力学第一定律，它描述了热量和功之间的关系。
本文将深入探讨热力学第一定律中热量和功之间的关系，以及相关的物理原理和数学公式。
1. 热力学第一定律简介热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它表明在一个封闭系统内，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与所做的功的代数和。
换句话说，这个定律说明了能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
2. 热量的定义和计量热量是由于温度差引起的能量传递，是热力学研究的重要概念之一。
热量的单位是焦耳（J）或卡路里（cal），其中1焦耳等于4.18卡路里。
热量的计量通常使用热量计来进行，热量计利用物质在吸热或放热过程中温度的变化来测量热量的大小。
3. 功的定义和计量功是由于力对物体作用而引起的能量转化，也是热力学中的重要概念。
功的单位同样是焦耳（J）或卡路里（cal）。
计量功的方法有多种，常见的方法是通过力的大小和物体在力作用下移动的距离来计算。
功也可以是负值，负功表示物体对外界做功。
4. 热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律可以用数学表达式来表示。
对于一个封闭系统，其内能变化ΔU等于系统所吸收的热量Q与所做的功W的和，即ΔU = Q - W。
其中ΔU表示内能变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
5. 热量和功的正负关系根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功的正负关系决定着内能变化的正负。
当系统吸收热量时，Q为正，表示热量进入系统，此时内能增加。
而当系统释放热量时，Q为负，表示热量流出系统，此时内能减少。
同样地，当系统做功时，W为正，表示系统对外界做正功，内能减少；而当外界对系统做功时，W为负，表示系统对外界做负功，内能增加。
6. 热量和功的相互转化根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功可以互相转化。
热力学第一定律的定义
热力学第一定律的定义热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它表明了能量在系统中的守恒性质，即能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
根据热力学第一定律，对于一个封闭系统，能量的变化等于系统所接收的热量与系统所做的功的代数和。
这可以用以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU是系统内能的变化，Q是系统所接收的热量，W是系统所做的功。
热力学第一定律的本质是能量守恒。
它告诉我们，能量是一个宝贵的资源，不能被轻易浪费。
通过合理利用能量，我们可以实现能源的可持续利用，减少能源的浪费，保护环境，促进可持续发展。
在日常生活中，我们可以通过一些简单的例子来理解热力学第一定律的应用。
比如，当我们在室内使用空调时，空调通过消耗电能来提供制冷效果。
根据热力学第一定律，消耗的电能转化为制冷效果和一些其他形式的能量，如热量和噪音。
如果我们能够合理利用室内的隔热材料和优化空调的使用方式，就可以减少电能的消耗，实现节能减排的目标。
在工业生产中，热力学第一定律也起着重要的作用。
许多工业过程都涉及能量的转化和利用。
无论是化工生产、电力生产还是制造业，都需要合理利用能源，提高能源利用效率，降低生产成本。
通过对能量流动和转化的研究，我们可以找到优化工艺和改进设备的方法，实现能源的高效利用。
除了在宏观层面上应用热力学第一定律，我们还可以将其应用于微观层面的分子运动。
分子热运动是由于分子内部能量的转化而引起的，而这种能量转化也符合热力学第一定律的要求。
通过研究分子的热运动，我们可以了解物质的性质和行为，为材料科学和化学等领域的发展提供理论基础。
热力学第一定律是热力学的基础，也是能量守恒的基本原理。
它告诉我们能量在系统中的转化和利用方式，为我们合理利用能源、实现可持续发展提供了重要的理论支持。
通过研究和应用热力学第一定律，我们可以更好地理解自然界中的能量现象，推动科学技术的进步，为人类社会的可持续发展做出贡献。
热力学第一定律总结
热力学第一定律总结热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学的基础原理之一。
它描述了能量守恒的原理以及能量在热力学系统中的转化。
在研究能量流动和转化过程中，热力学第一定律起着重要的作用。
下面我们将就热力学第一定律进行一些总结和探讨。
1. 能量守恒的基本原理热力学第一定律表明了能量的守恒原理，即能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在一个孤立系统中，能量的总量是恒定的。
这意味着能量可以在不同的形式之间转化，但总能量量不变。
2. 热力学系统的能量转化热力学第一定律描述了能量在热力学系统中的转化。
在一个封闭系统中，能量可以以各种形式存在，其中包括内能、机械能、热能等。
热力学第一定律指出了能量的转化关系，即能量的增加或减少必然意味着其他形式能量的增加或减少。
3. 内能的变化和热量传递内能是热力学系统中能量的一种形式，它包括了系统的热能和势能。
根据热力学第一定律，内能的变化等于吸收的热量减去系统所做的功。
这表示内能的改变可以通过热量的传递和功的产生来实现。
例如，当一个物体吸收热量时，它的内能增加；而当一个物体做功时，它的内能减少。
4. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多领域具有广泛的应用。
在工程和能源领域，热力学第一定律被用来研究热力设备（如锅炉、热交换器等）的能量转化效率。
它也被应用于研究化学反应中的能量转化，以及天体物理学中的恒星能量生成等。
热力学第一定律提供了一个基础原理，使得科学家和工程师能够更好地理解和优化能量转化过程。
5. 热力学第一定律的局限性尽管热力学第一定律在能量转化的研究中非常有用，但它并不适用于所有情况。
例如，在微观尺度的系统中，能量的转化可能会受到量子力学效应的影响，其中能量可以以离散的形式存在。
此外，在宇宙学中，热力学第一定律也不能解释整个宇宙的能量起源和宇宙膨胀的问题。
在这些情况下，需要更加深入和细致的研究来描述能量的行为和转化过程。
总结起来，热力学第一定律是热力学研究的基础之一，它描述了能量守恒的原理以及能量在热力学系统中的转化。
热力学的基本原理与研究方法
热力学的基本原理与研究方法热力学是一门研究能量转化和能量传递规律的学科，是自然科学中的重要组成部分。
它的发展与应用不仅深刻影响了工程技术领域，也对环境科学、生物学等学科产生了深远的影响。
本文将介绍热力学的基本原理和研究方法，以及其在现代科学中的应用。
热力学的基本原理可以归纳为三大定律：热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
热力学第一定律是能量守恒定律的推广，它表明能量既不能被创造，也不能被消灭，只能在不同形式之间转化。
热力学第二定律是关于热量传递方向的定律，它指出热量自高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第三定律则是关于温度的定律，它规定在绝对零度时，物质的熵为零。
在研究热力学问题时，科学家们采用了一系列的方法和技术。
其中最重要的方法之一是状态方程的建立和应用。
状态方程描述了物质在不同温度、压力和物质量条件下的性质，是热力学研究的基础。
常见的状态方程有理想气体状态方程、范德瓦尔斯状态方程等。
通过状态方程，我们可以计算物质的热力学性质，如压强、体积和温度等。
除了状态方程，热力学还依赖于热力学函数的概念。
热力学函数是描述系统热力学性质的函数，常见的有内能、焓、自由能和吉布斯函数等。
这些函数可以通过对系统的能量、熵和温度等进行数学处理得到。
通过研究热力学函数，我们可以了解系统的稳定性和相变等重要性质。
在实际研究中，科学家们还使用了热力学循环和热力学平衡等方法。
热力学循环是指将系统从一个状态变化到另一个状态，再回到初始状态的过程。
常见的热力学循环有卡诺循环和斯特林循环等。
通过研究热力学循环，我们可以评估热机的效率和性能等重要指标。
热力学平衡则是指系统各部分之间达到热平衡和力学平衡的状态。
通过研究热力学平衡，我们可以了解系统的稳定性和平衡条件等。
热力学的研究方法不仅仅局限于理论分析，实验研究也是不可或缺的一部分。
实验研究可以验证理论模型的准确性，同时也可以发现新的现象和规律。
例如，通过测量物质的热容和热导率等物理性质，我们可以了解物质的热力学特性。
热力学第一定律知识点
热力学第一定律知识点热力学第一定律是热力学的基础定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将介绍热力学第一定律的基本概念、应用以及相关的几个重要知识点。
一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律是指，在一个封闭系统中，能量的变化等于系统对外做功加热量的和。
这个定律可以用以下的数学公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用非常广泛，以下是其中的几个主要方面。
1. 热力学循环热力学循环是指系统在经历一系列过程后，回到初始状态的过程。
这些过程中，系统吸收或释放热量，还可能对外做功。
根据热力学第一定律，热力学循环的总吸热量等于总放热量，总做功等于总吸热量减去总放热量。
2. 热力学过程中的能量转化热力学过程中，能量可以以不同的形式进行转化，包括内能的变化、吸收或释放的热量以及对外做的功。
热力学第一定律描述了能量在不同形式之间的转化以及转化前后的守恒关系。
3. 热力学第一定律的实验验证热力学第一定律是通过实验进行验证的。
实验中可以测量系统的内能变化、吸热量以及对外所做的功，以验证热力学第一定律的成立。
三、热力学第一定律的注意事项1. 引入准则热力学第一定律是基于能量守恒原理的，需要引入准则才能确保能量守恒成立。
例如，在计算吸热量时，需要考虑到化学反应的发生，以充分考虑系统的能量转化。
2. 内能的定义热力学第一定律中的内能指的是系统的总能量，包括系统的热能、机械能以及其他形式的能量。
在实际应用中，需要注意内能的定义和计算方法。
3. 对外所做的功热力学第一定律中的对外所做的功指的是系统对外界做的机械功。
需要注意区分系统对外界做功和外界对系统做功的情况，并进行正确的计算。
结语：热力学第一定律是热力学研究的基础，它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
通过理解和应用热力学第一定律，我们可以更好地理解和解释各种热力学现象，推动科学研究的发展。
热力学第一定律能量的永动机
热力学第一定律能量的永动机热力学第一定律是热力学基本原理之一，它阐述了能量守恒的原理。
在这个原理的基础上，科学家们一直试图开发永动机，即能够从能量守恒的原理中获取无限能量的机器。
然而，根据热力学第一定律，永动机是不可能实现的。
热力学第一定律简单来说是能量守恒定律，表示了能量的转化和传递过程中总能量的守恒。
它表明，能量既不能自行消失，也不能从虚空中产生，只能通过转化和传递来改变形式。
根据这个定律，我们可以得出结论，永动机是不可能实现的。
永动机的概念可以追溯到古希腊时期，人们一直希望能够设计出一种能够不断运转并产生能量的机器。
然而，无论古代还是现代，无论是科学家还是工程师，都无法打破热力学第一定律的束缚，实现永动机的设计。
对于永动机的误解常常源于我们对能量的认知不足。
很多人认为，只要找到了某种被动的能量源，就可以永远从中获取能量。
然而，根据热力学第一定律，能量并非可以无限地“创造”或者“消耗”，而是在系统内不断转化和传递。
虽然我们可以转化能量的形式，但总能量始终保持不变。
以汽车为例，人们曾尝试使用永动机来取代燃油发动机，实现汽车运行的无限能源。
然而，无论是太阳能、风能还是其他可再生能源，都无法完全满足汽车运行的能量需求。
因为在能量的转化过程中总会伴随着能量的损失，而损失的能量是无法回收的。
这就是热力学第一定律的核心原理，能量既不能自行消失，也不能从虚空中产生。
所以，我们应该认识到永动机的不可行性，避免被类似机器的骗局所欺骗。
在能源的利用中，我们应该注重提高能量的利用效率，开发可再生能源，减少对有限资源的依赖，推动能源的可持续发展。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒的基本原理，它限制了永动机的实现。
虽然我们希望通过永动机来获得无限能量，但根据热力学第一定律，永动机是不可能实现的。
我们应该珍惜有限的能源资源，提高能量利用效率，推动可再生能源的发展，为可持续发展贡献力量。
热力学第一定律与绝热过程
热力学第一定律与绝热过程热力学是研究热与能的转化关系以及物质热力学性质的学科。
热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它描述了能量守恒的原则。
绝热过程则是一个在没有能量交换的情况下进行的过程，这意味着系统的热量不会流入或流出。
热力学第一定律是根据能量守恒的原理得出的。
它表明，一个系统的内能变化等于系统所吸收的热量与系统所做的功之间的差异。
换句话说，热能可以通过吸热或做功的方式转化，但总能量守恒。
这个定律在能量转化和守恒的问题上起着至关重要的作用。
热力学第一定律可以用下式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W代表系统做的功。
如果ΔU为正值，则表示系统的内能增加，如果ΔU为负值，则表示系统的内能减少。
绝热过程是指在没有能量交换的情况下进行的过程。
在绝热过程中，系统和周围环境之间没有热量的交换，因此系统的热量不会流入或流出。
这意味着在绝热过程中，系统的内能变化仅由做功引起。
根据热力学第一定律，对于绝热过程，热量的变化为零（Q = 0），因此热力学第一定律可以简化为：ΔU = -W在绝热过程中，系统的内能变化仅由系统所做的功引起，因此内能的变化与系统所做的功成反比。
如果系统做正功（W > 0），则系统的内能减少；如果系统受到外界的做功（W < 0），则系统的内能增加。
绝热过程在许多实际应用中具有重要的意义。
例如，内燃机的工作过程中，发动机在燃烧燃料时产生高温高压气体，该气体通过做功的方式推动汽缸活塞，产生机械能。
在这个过程中，热量的交换被限制在很小的范围内，因此绝热过程的性质对于内燃机的效率和工作稳定性起着重要的影响。
总之，热力学第一定律和绝热过程是热力学中的重要概念。
热力学第一定律描述了能量守恒的原则，而绝热过程则是在没有热量交换的情况下进行的过程。
理解和应用这些概念对于解释和研究热力学现象具有重要的意义。
热力学第一定律内能的变化与热量和功的关系
热力学第一定律内能的变化与热量和功的关系在热力学中，热力学第一定律是一个基本原则，它是能量守恒原理在热学领域的具体应用。
它表明，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与系统所做的功之和。
本文将探讨热力学第一定律中内能的变化与热量和功之间的关系。
热力学第一定律的表述如下：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统的内能变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
首先，我们来了解一下内能的概念。
内能是系统的宏观性质，表示系统分子的热运动能量和分子间相互作用的能量总和。
它是系统的一个状态函数，可以通过测量系统的温度、压强和摩尔数等来确定。
内能的变化可以通过系统所吸收的热量和所做的功来体现。
系统吸收的热量Q是指在热交换过程中由外界传递给系统的能量，它可以使系统的温度上升或状态发生变化。
而系统所做的功W是指系统对外界做功的能量，它可以使外界的物体产生位移或者变形。
根据热力学第一定律的表述，可以得出以下几个重要结论：首先，当系统吸收热量Q时，内能增加。
这是因为吸收的热量会增加系统的总能量，使得内能增加。
其次，当系统对外界做功W时，内能减少。
这是因为系统所做的功意味着它将一部分能量传递给了外界，使得内能减少。
此外，当系统既吸收热量又进行功时，内能的变化取决于两者的相对大小。
如果吸收的热量大于所做的功，即Q > W，内能增加。
反之，如果吸收的热量小于所做的功，即Q < W，内能减少。
当吸收的热量等于所做的功时，即Q = W，内能保持不变。
需要注意的是，吸收的热量和所做的功的正负号也会影响内能的变化。
当热量吸收为正时，内能增加；当功为正时，内能减少。
相反，当热量吸收为负时，内能减少；当功为负时，内能增加。
总结起来，热力学第一定律表明了系统的内能变化与所吸收的热量和所做的功之间的关系。
内能的变化取决于热量和功的相对大小以及它们的正负号。
这个定律在热力学研究和工程实践中起着重要的作用，帮助我们理解和描述能量在系统中的转化和传递过程。
热力学第一定律解决
热力学第一定律解决全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：热力学第一定律是热力学基本原理之一，也称为能量守恒定律。
它表明能量不可能从一个系统完全转变为工作，而应该将其转化为热量。
这个定律是热力学中最基本、最重要的规律之一，它揭示了自然界中能量的基本传递方式，对于理解能量转化和利用至关重要。
热力学第一定律的数学表达式是：ΔU = Q - W，其中ΔU代表系统内能的增加量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功的量。
这个定律表明，系统内能的增加量等于系统吸收的热量减去系统对外做功的量，即系统所接受的热量和系统所做的功之间存在一种平衡关系。
热力学第一定律的应用非常广泛，可以用于解决各种与能量转化相关的问题。
在工程领域中，可以利用热力学第一定律来分析蒸汽轮机、内燃机等能量转化系统的效率，从而优化设计方案；在生物领域中，可以应用热力学第一定律来研究生物体内能量转化的过程，探讨生命活动的能量来源和转化途径。
在实际应用中，热力学第一定律的解决方法通常包括以下几个步骤：确定系统的内能变化、吸收的热量和对外做的功；利用热力学第一定律的数学表达式计算系统的内能变化；根据计算结果分析系统的能量转化情况，评估系统的效率或能量损失情况，为进一步优化系统性能提供依据。
热力学第一定律是热力学中的核心原理之一，它在研究能量转化和利用方面具有重要的意义。
通过应用热力学第一定律，我们可以更好地了解能量转化的规律，为提高能源利用效率和推动可持续发展提供理论支持和指导。
希望通过不断深入研究和应用，能够更好地利用热力学第一定律，实现能源的可持续利用和生态环境的保护。
第二篇示例：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是研究热力学的基本原理之一。
它提供了热力学系统中能量转换的基本规律，为解决各种热力学问题提供了重要的理论依据。
本文将探讨热力学第一定律的含义、应用和相关实例，以帮助读者更深入地理解这一重要定律。
热力学第一定律简单来说就是能量守恒定律，即能量不能自行产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
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p1=101.325 kPa T1=298 K
(a) (b) (m)
p1′=202.65 kPa
T1′=298 K
V1′=12.23 dm3
p2=50.663 kPa T2=298 K
V1=24.45 dm3
V1=48.90 dm3
(n)
2013-1-2
-3 -3 -3
结论：功是非状态函数，系统的始终态相同，途径不同，功不同。
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1-3 体积功的计算、可逆过程
二、热力学可逆过程
1、定义 系统内部及系统与环境之间在一系列无限接近于平衡条件下进行的 过程。 2、可逆过程的几个特点
（1）可逆过程的推动力无限小，其间经过一系列平衡态，过程进行得无 限缓慢；
1-2 热力学第一定律
四、热力学第一定律的数学表达式
ΔU = U2 - U1= Q + W
例1-1：某封闭系统中充有气体，吸收了45 kJ的热，又对环境做 了29 kJ的功，计算系统的热力学能的变化。 解：吸热 Q = 45kJ 失功 W= - 29kJ △U= Q + W = 45 + (-29)
状态：系统物理性质和化学性质的综合表现。 性质：描述系统状态的宏观物理量。例：p、V、T、ρ、κ等。
性质
广度性质：数值与系统物质的量成正比。具有加和性。例：V,n,U
强度性质：数值与系统物质的量无关。无加和性。例：p,T,Vm
广度性质和强度性质的关系
强度性质 广度性质 广度性质(1) 物质的量 广度性质(2)
系统：被研究的那部分物质或空间。 环境：系统边界以外与之相关的那部分物质或空间。
孤立(隔离）系统：系统与环境之间无物质和能量的交换。 系统 封闭系统：系统与环境之间无物质交换，有能量交换。 敞开系统：系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。
2013-1-2
1-1 热力学基本概念
二、系统的状态和状态性质
U U dU dT dV T V ,n V T , n U U dU dT p dp T p , n T ,n
2013-1-2
对于理想气体，若 △T= 0, 则 △U= 0
几种重要过程：
（1）等温过程：系统的始终态温度相等，且等于恒定的环境温度。 （2）等压过程：系统的始终态压力相等，且等于恒定的环境压力。 （3）等容过程：在整个过程中，系统的体积保持不变。 （4）绝热过程：在整个过程中，系统与环境之间无热量的交换。 （5）循环过程：系统经历一个过程后，又回到原来的状态。 始态 p1 V1 T1 等容过程 终态 p2 V1 T2
（1）单值性。系统状态一定，各状态性质一定。
（2）异途同归，值变相等。 状态性质的变量只与始终态有关，与途径无关。 （3）周而复始，值变为零。 （4）数值可连续变化，数学上有全微分。
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1-1 热力学基本概念
异途同归，值变相等 β
始态Ⅰ，XⅠ
α
终态Ⅱ，XⅡ
γ
δ
中间态Ⅰ′， XⅠ′
α:ΔX = XⅡ- XⅠ δ :ΔX = XⅠ- XⅠ= 0 β:ΔX = XⅡ- XⅠ γ:ΔX = ( XⅡ- XⅠ′) + (XⅠ′-X1) =XⅡ- XⅠ
例1-2：1mol H2 由p1 =101.325 kPa, 分别经历三条不同途径恒温变化到 p2 = 50.663 kPa，求该三途径中系统与环境交换的功W。 (a)从始态向真空膨胀到终态；(b)反抗恒定环境压力pex=50.663 kPa
至终态；(c)从始态被202.65 kPa的恒定pex压缩至一中间态，然后
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1-1 热力学基本概念
数值可连续变化，数学上有全微分
p f (T ,V )
p p dp dT dV T V V T
2013-1-2
1-1 热力学基本概念
三、过程和途径
过程：系统由一个始态到一个终态的状态变化。 途径：实现过程的具体步骤。
W(b) = - pamb (V2 -V1) = -50.663×(48.90-24.45)×10 = -1238.7 J W (总) = W(m)+W(n) = W(压缩) + W (膨胀) = - p1′ex (V1′-V1 ) - p2, ex ( V2 - V1′) =-202650×(12.23-24.25) )×10 -50663 ×(48.90-12.23) )×10 = - 618.6 J
2013-1-2
1-2 热力学第一定律
二、热和功
1、热：在系统和环境之间由于存在温度差而传递的能量，符号Q。 热是大量粒子以无序运动传递的热量，是非状态函数。 显热：伴随系统本身温度变化而传递的热。 潜热：系统在传递热量的过程中，本身的温度不变。
热
（等温过程的化学反应热；等温等压过程的相变热） 2、功：除热以外，系统与环境之间传递的其它能量，符号W。 功是大量粒子以有序运动传递的能量，是非状态函数。 体积功：系统由于体积变化而传递的功。 非体积功（有用功）：除体积功以外的功。 （电磁功、表面功等）
U f ( T ,V , n )
内能是状态函数，是 广度性质，数值与T、p和 V有关，理想气体的内能 只是温度的函数。内能的 绝对值无法确定，热力学 只能计算其变化值。
系统体积小或压力大，其内能大。 U f ( T , p , n )
U f ( T ,V ) U f (T , p )
功
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1-2 热力学第一定律
二、热和功
热 Q 和功 W 均为代数量 始态，U1
热Q
功W
终态，U2
系统吸收热量， 系统的能量增加，U↑； 系统放出热量， 系统的能量减少，U↓；
规定 Q>0
Q<0 W>0 W<0
环境对系统作功，系统的能量增加，U↑；
系统对环境作功，系统的能量减少，U↓；
2013-1-2
（2）可逆过程结束后，系统若沿原途径逆向进行回复到原状态，则环境 也同时回复到原状态；
（3）可逆过程系统对环境作最大功（环境对系统作最小功）。
3、典型的可逆过程 可逆传热过程；气体可逆膨胀或压缩过程；可逆化学反应；
可逆相变化过程；可逆电池反应。
2013-1-2
下一节
1-4 焓与热容
设系统只作体积功而不作其他功( W′＝ 0) 则 dU = δQ – pex dV 一、QV 、QP及焓 恒容过程：dV = 0 ∴dU = δQV 即: QV = △U 物理意义：在没有其他功的条件下，系统在恒容过程中所吸收 的热， 全部用于增加内能。 恒压过程：pex = p1 = p2 =常数 ∴QP = △U + pex (V2 - V1) =U2－U1+p2V2－ p1V1 = (U2 + p2V2)－ (U1 + p1V1) 定义：H = U + pV —— 焓 △H = △U+ △(pV) 则 p 一定时 △H = Qp 物理意义：在没有其他功的条件下，系统在恒压过程中所吸收 的热，全部用于使系统焓增加。
2013-1-2
1-4 焓与热容
QV = △U， Qp = △H 两关系式的意义 特定条件下，不同途径的热已经分别与过程的热力学 能变、焓变相等，故不同途径的恒容热相等，不同途径的 恒压热相等，而不再与途径有关。 把特殊过程的过程量和状态量联系起来。
等温过程
2013-1-2
中间态 p2 V T 1
等压过程
1-1 热力学基本概念
四、热力学平衡
系统中各个状态性质均不随时间而变化。 （1）热平衡：无隔热壁存在时，系统中各个部分的温度相同。
系统处于热力学平衡时，系统与环境之间没有任何物质和能量交换，
（2）机械平衡：无刚壁存在时，系统中各个部分的压力相同。
= 16 kJ
该系统的热力学能增加了16kJ。
2013-1-2
下一节
1-3 体积功的计算、可逆过程
一、体积功的定义及计算
(1) 定义
δW = - pexA dL
=- pex d (LA)
= -p ex dV
W pex dV；
W W
V1 V2
pex dV
V2 V1
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（3）化学平衡：无阻力因素存在时，系统的组成不随时间而变化。 （4）相平衡：系统中各个相的数量和组成不随时间而变化。
下一节
2013-1-2
1-2 热力学第一定律
一、热力学第一定律的文字叙述（经典说法） ①“能量守恒”；
②“能量即不能自动产生，也不会自动消失，只能从一个
物体传给另一个物体或由一种形式转变成另一种形式” ③“第一类永动机不可能实现”。
p f (T ,V ) pV nRT
V f (T , p)
例如，理想气体的状态方程可表示为： 对于多组分系统，系统的状态还与组成有关，如：
T f ( p, V , n1 , n2, )
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1-1 热力学基本概念
二、系统的状态和状态性质
状态性质又称状态函数
状态性质的特点：
1-3 体积功的计算、可逆过程
p1=101.325 kPa (a)自由膨胀 p2=50.663kPa
T1=298 K
V1=24.45 dm3
(b)恒外压膨胀
p1′=202.65kPa T1′=298K V1′=12.23dm3
T2=298K
V1=48.90dm3
(m）恒外压压缩
(n)恒外压膨胀
解： W(a) =0
2013-1-2
1-3 体积功的计算、可逆过程