Chapter 2 Elements of thermodynamics
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大学化学无机化学双语教学课件PPT Chapter 2 Thermodynamic
例如，温度的改变量用 T 表示 T = T终－T始
状态函数分类
若体系的状态函数有加合性, 称为体系的量 度性质(或广度性质)。If the system by the state of the function, known as a measure of the system properties (or extensive properties).
体系变化前的状态称为始态 变化后的状态称为终态
System changes the state known as the starting state, before the state after referred to as the final state
状态变化的始态和终态一经确定，则状态 函数的改变量是一定的. 改变量用△表示
封闭体系 (closed system) 体系与环境间有能量交换但无物质交换
There are energy exchange between system and
environment but no material exchange
孤立体系 (isolated system)（隔离体系） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换
如n 、 V 若体系的状态函数无加合性，称为体系的强 度性质。If the system state function, no adduct, known as the strength properties of the system.
T, P, 密度d
(3) 过程和途径 (process and path)
Neither material exchange between system and
environment, and energy exchange
状态函数分类
若体系的状态函数有加合性, 称为体系的量 度性质(或广度性质)。If the system by the state of the function, known as a measure of the system properties (or extensive properties).
体系变化前的状态称为始态 变化后的状态称为终态
System changes the state known as the starting state, before the state after referred to as the final state
状态变化的始态和终态一经确定，则状态 函数的改变量是一定的. 改变量用△表示
封闭体系 (closed system) 体系与环境间有能量交换但无物质交换
There are energy exchange between system and
environment but no material exchange
孤立体系 (isolated system)（隔离体系） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换
如n 、 V 若体系的状态函数无加合性，称为体系的强 度性质。If the system state function, no adduct, known as the strength properties of the system.
T, P, 密度d
(3) 过程和途径 (process and path)
Neither material exchange between system and
environment, and energy exchange
二章化学热力学初步Thermodynamics
QP H
其中P、V、U均为状态函数，其组合(U+PV)必为状 态函数(H)，给一名称叫焓，容量性质,其变化(ΔH)只 与始、终态有关与过程进行的途径无关。
结论:等压过程中，体系吸收的热(QP)全部用来增加体系的焓(ΔH)。
通常情况下，大多反应反应是在恒压下进行，常用Q代替QP
H Q U P (V 2 V 1)
三、过程与途径(Process & Path) 过程：体系状态发生变化。 途径：完成过程的具体步骤。 1、等温过程(人为变温) 2、等压过程(敞口容器) 3、等容过程(密闭容器) 4、多变过程(拆分处理)
第二节 热力学第一定律 一、热和功（Heat & Work）
1、热（Q）：由于温差引起的能量传递形式。 恒压热效应（QP） 恒容热效应（QV）
终态。反应物和产物内能总和是不同的，反应后，体系总 内能会发生改变。其改变量是以热和功的形式表现出来的。 这就是反应热产生的原因。
1、等容反应热（QV） 等容下反应ΔV=0，则体系不做体积功W=0。
Q V U W U 0 U
QV U
结论:等容过程中，体系吸收的热(QV)全部用来增加体系的内能(ΔU)
2、功（W）：除热以外的其它量传递形式叫功。 体积功：体系体积变化反抗外力的 功（膨胀功）。 非体积功（电功、表面功）
注意：1、一般，化学反应中体系只作体积功。 2、热和功不是状态函数。因为其大小 与过程进行的途径有关。
二、热力学能（Thermodynamics energy) 内能（U）：又称热力学能，指物质内部 所蕴藏的各种能量形式的总和(如核能， 分子平动、转动、振动能)。内能的绝对 值无法知道，但这不影响讨论问题，就象 不知绝对高度一样。我们只需知道其变化 值（△U )就够了。 注意：内能是状态函数。其变化值只与始 终态有关，与过程进行的途径无关。
第2章物理化学(双语)
The zeroth law of thermadynamics
Two systems that are each found to be in thermal equilibrium with a third system will be found to be in thermal equilibrium with each other.
12
Physical Chemistry
Chapter 2
Internal Energy内能
Internal energy内能: Total amount of energy in a
system. The sum total of all kinetic and potential energy within the system.
Physical Chemistry
Chapte 2
Chapter 2 THERMODYNAMICS热力学
extensive intensive Thermodynamic Properties composition volume pressure
Pressure（压力）: mechanical equilibrium Temperature（温度）: thermal equilibrium
Bilingual Course of Yunnan Open University
Physical chemistry
Chemical Engineering faculty of Yunnan Open University
Li Qin (associate professor)
1
Chapter 2
chemical change, not the rate of chemical change.
APES_Chapter_2_Science_Matter_Energy_and_Systems_2010-09
• Based on the assumption that events in the natural
Science
world follow orderly cause-and-effect patterns that can be understood through careful observation, measurements, experimentation, and modeling.
Concept
2-1 Scientists collect data and develop theories, models, and laws about how nature works. – endeavor to discover how nature works and to use that knowledge to make predictions about what is likely to happen in nature.
• Studies how climate systems work, document past
climate changes, and project future changes.
The 4th IPCC report, 2007 • Very likely (90-99% probability) that the
story
• Polynesians arrived about 800 years ago
• Population may have reached 3000
• Used trees in an unsustainable manner, but rats
may have multiplied and eaten the seeds of the trees
Science
world follow orderly cause-and-effect patterns that can be understood through careful observation, measurements, experimentation, and modeling.
Concept
2-1 Scientists collect data and develop theories, models, and laws about how nature works. – endeavor to discover how nature works and to use that knowledge to make predictions about what is likely to happen in nature.
• Studies how climate systems work, document past
climate changes, and project future changes.
The 4th IPCC report, 2007 • Very likely (90-99% probability) that the
story
• Polynesians arrived about 800 years ago
• Population may have reached 3000
• Used trees in an unsustainable manner, but rats
may have multiplied and eaten the seeds of the trees
多变的化学元素书读后感
多变的化学元素书读后感英文回答：In "The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the Periodic Table", Sam Kean takes readers on an enthralling journey through the fascinating world of chemical elements. Through a captivating blend of historical anecdotes, scientific discoveries, and literary allusions, Kean brings to life the vibrant stories behind each element, revealing their profound impact on human civilization and our understanding of the universe.Kean's writing is a testament to the power of storytelling in science. He weaves together tales of alchemists' quests for gold, the discovery of the atomic bomb, and the controversies surrounding the periodictable's creators. Through these narratives, he paints a vivid picture of the personalities, rivalries, and intellectual breakthroughs that shaped our knowledge of theelements.Beyond its historical richness, "The Disappearing Spoon" also offers a deep exploration of the scientific concepts that govern the elements. Kean explains withclarity and precision the fundamental principles of chemistry, from the structure of atoms to the laws of thermodynamics. His ability to translate complex scientific concepts into captivating prose makes the book accessible and engaging for readers of all backgrounds.Kean's passion for his subject matter is evident on every page. He treats each element with a reverence and curiosity that is both informative and infectious. Through his writing, he invites readers to share his fascination with the hidden wonders of the periodic table and to appreciate the profound interconnectedness of all things.In conclusion, "The Disappearing Spoon" is an extraordinary work of popular science that illuminates the history, science, and enduring allure of chemical elements. Sam Kean's gifted storytelling and infectious enthusiasmmake this book a must-read for anyone who seeks a deeper understanding of the world around them.中文回答：在《消失的汤匙，周期表的疯狂、爱与历史的真实故事》中，萨姆·基恩带着读者踏上了一段穿越化学元素迷人世界的激动人心之旅。
武汉理工大学车辆工程专业培养方案
车辆工程专业本科培养方案 Undergraduate Program for Specialty in Automotive Engineering
一、业务培养目标 Ⅰ Educational Objectives 本专业培养具有机械工程、车辆工程基础知识与应用能力，能在汽车工程领域内从事汽车理论研究、 汽车产品开发、汽车设计制造、汽车生产管理方面工作的富有创新精神、实践能力和国际视野的高级工 程技术人才。 This major aims at training high-ranking specialists, which would have the foundation knowledge and application ability of mechanical engineering and automotive engineering, and which would have the innovation spirit, practice capability and international view. They also would specialize on the automobile theory research, product design, product experiment, product manufacturing and production management in the automotive engineering realm.
Courses
48
10
个性课程 Personalize
d Course
\
10
集中性实践 Practice Courses
课外学分 Study Credit after Class
24.5
一、业务培养目标 Ⅰ Educational Objectives 本专业培养具有机械工程、车辆工程基础知识与应用能力，能在汽车工程领域内从事汽车理论研究、 汽车产品开发、汽车设计制造、汽车生产管理方面工作的富有创新精神、实践能力和国际视野的高级工 程技术人才。 This major aims at training high-ranking specialists, which would have the foundation knowledge and application ability of mechanical engineering and automotive engineering, and which would have the innovation spirit, practice capability and international view. They also would specialize on the automobile theory research, product design, product experiment, product manufacturing and production management in the automotive engineering realm.
Courses
48
10
个性课程 Personalize
d Course
\
10
集中性实践 Practice Courses
课外学分 Study Credit after Class
24.5
胶体与界面化学英文5Static and Dynamic Light Scattering and Other Radiation Scattering
observed and measured. From dynamic light scattering, we can
establish: the information on the diffusion coefficients of the particles, particle size, particles size distribution and etc.
16
§ 5.3 Scattering by small particles: Theory of Rayleigh scattering
1. Scattering by single molecules and gases
light
transmitted light
absorption light scattering light
17
(1) Rayleigh theory
A. The scattering centers are small in dimension compared to the wavelength of the radiation (about 1/20). B. The refractive index gradient (dn/dc) is not very large. C.The particles moves independently (exp. gas).
At sunset, we see mostly transmitted light. Since the blue has been most extensively removed from sunset light by scattering, the sky appears red at sunset.
establish: the information on the diffusion coefficients of the particles, particle size, particles size distribution and etc.
16
§ 5.3 Scattering by small particles: Theory of Rayleigh scattering
1. Scattering by single molecules and gases
light
transmitted light
absorption light scattering light
17
(1) Rayleigh theory
A. The scattering centers are small in dimension compared to the wavelength of the radiation (about 1/20). B. The refractive index gradient (dn/dc) is not very large. C.The particles moves independently (exp. gas).
At sunset, we see mostly transmitted light. Since the blue has been most extensively removed from sunset light by scattering, the sky appears red at sunset.
Chapter-3-2-Thermodynamics
∆h = 0 ∆T = 0 ∆E = 0 ∆p = 0
∆h < 0 (h1 < h2) ∆T < 0 (T1 < T2) ∆E < 0 (E1 < E2) ∆p < 0 (p1 < p2)
Heat transfer
Electricity flow Gas diffusion
Features of spontaneous process:
The College of Chemistry and Chemical Engineering
Central South University
Main Pionts: 3.4 Spontaneous Change and Entropy 3.5 Gibbs Function
The College of Chemistry and Chemical Engineering
Central South University
Spontaneous Processes
• A process that is spontaneous in one direction is not spontaneous in the opposite direction. • Example: Ice turns to water spontaneously at T > 0C, Water turns to ice spontaneously at T < 0C.
The enthalpy change, ∆H, of a reaction is an important guide as to whether the reaction is likely to proceed (spontaneous). However, enthalpy is not the only factor that governs whether the reactants or products of a reaction are more favored.
Thermodynamics培训课件
《thermodynamics培训课件》xx年xx月xx日contents •简介•基本概念•第一定律•第二定律•第三定律•应用目录01简介Thermochemistry: 研究热量和化学反应之间的关系Kinetic theory: 研究分子运动和气体行为Statisticalmechanics: 研究热力学系统的统计行为Fluid mechanics: 研究流体在热力学下的行为Thermalengineering: 工程中的热力学应用什么是thermodynamicsUnderstand the behavior of matter: 了解物质在热力学下的行为Understand energyconversion: 了解能量转换过程Understand thedesign of systems: 了解系统设计中的热力学应用Understand thebehavior of theenvironment: 了解环境中热力学方面的行为Understand thebehavior of matter inthe universe: 了解宇宙中物质在热力学下的行为thermodynamics的重要性010*******课程大纲First law of Thermodynamics: 热力学第一定律Second law of Thermodynamics: 热力学第二定律Application in engineering: 工程中的热力学应用Entropy and the second law: 熵和第二定律Matter and energy: 物质和能量02基本概念系统与环境指我们所研究的物体或物质，以及与其周围的环境相互作用的成分的总体。
系统环境封闭系统开放系统指系统之外的所有物质和能量，它与系统之间存在着相互作用。
指与环境之间既没有物质交换也没有能量交换的系统。
指与环境之间既有物质交换又有能量交换的系统。
物理化学第二章4讲解
The second law of thermodynamics
第二章：热力学第二定律
2.1 自然界过程的方向 与限度
2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺循环与卡诺定
律
2.4 熵 2.5 熵变求算
2.6 赫姆霍茨自由能和 吉布斯自由能
2.7 热力学函数的一些 重要关系式
2.8 吉布斯-赫姆霍茨 方程
T
的导出
1 (G)
[ T
T
]p
G H T2
移项得
1 (G) G H
[ T
T
]p T 2
T2
左边就是
( G )对 T 微商的结果，则
T
( G )
[
T T
]p
H T2
移项积分得
G
d( T 录
2.9赫姆霍茨自由能和 吉布斯自由能的求算
2019/5/10
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2.9 G和A的求算
•等温物理变化中的G 1. 体系在等温下两状态的ΔG和ΔA的计算 2. 相变化过程ΔG的计算
•等温化学变化中的 G
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2.9 G和A的求算
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2.8 吉布斯-赫姆霍茨方程
知道 H ,Cp
与
T
的关系式，就可从G 求得G
T1
T2
的值
公式
(3)
[
(A) T
]V
A U T
的导出
根据基本公式 dA SdT pdV
(
A T
)V
S
[
(A) T
]V
S
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第二章：热力学第二定律
2.1 自然界过程的方向 与限度
2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺循环与卡诺定
律
2.4 熵 2.5 熵变求算
2.6 赫姆霍茨自由能和 吉布斯自由能
2.7 热力学函数的一些 重要关系式
2.8 吉布斯-赫姆霍茨 方程
T
的导出
1 (G)
[ T
T
]p
G H T2
移项得
1 (G) G H
[ T
T
]p T 2
T2
左边就是
( G )对 T 微商的结果，则
T
( G )
[
T T
]p
H T2
移项积分得
G
d( T 录
2.9赫姆霍茨自由能和 吉布斯自由能的求算
2019/5/10
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2.9 G和A的求算
•等温物理变化中的G 1. 体系在等温下两状态的ΔG和ΔA的计算 2. 相变化过程ΔG的计算
•等温化学变化中的 G
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2.8 吉布斯-赫姆霍茨方程
知道 H ,Cp
与
T
的关系式，就可从G 求得G
T1
T2
的值
公式
(3)
[
(A) T
]V
A U T
的导出
根据基本公式 dA SdT pdV
(
A T
)V
S
[
(A) T
]V
S
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chapter2 The Foundations of the Chemical Thermodynamics
基本概念
2.1.1体系和环境
体系：被研究的对象 环境：体系以外，与其密切相关的部分 补充 物质交换 能量交换 √ √ 敞开体系 × √ 封闭体系 × × 孤立体系
5
2.1.2 状态和状态函数
理想气体 T1＝300K P1=1atm V1=2L 理想气体 T2＝300K P2=2atm V2=1L
状态1
= H (焓变)
封闭体系，恒压、不做非体积功时： 恒压反应热 = 体系的焓变
20
“焓” ，“反应焓变” 小结：
焓是状态函数 焓的绝对值无法测定，只能获得焓变 不要把焓看作体系所含的热量 恒压条件下反应热在数值上等于体系的 焓变
H > 0 H < 0 吸热反应 放热反应
21
U Q W Q p H 2 H 1 H H U pV
状态2
状态：是指体系总的性质。
一个体系的状态可由压力、体积、温度及 体系内各组分的物质的量等物理量来决定。
6
状态函数：确定体系热力学状态的物理量。 如：p, V, T
理想气体 T1＝300K P1=1atm V1=2L 理想气体 T2＝300K P2=2atm V2=1L
状态1
状态2
特征：
(1) 状态一定，状态函数的数值一定；
i
i
反应进度
26
反应进度
反应进度是表示化学反应进行程度的物理量 符号：（克赛） 单位：mol
t 时刻的反应进度（）为：
)
ni
i
ni (t ) ni (0)
i
27
例2-3:合成氨反应：
N2＋3H2＝2NH3 在起始NH3量为0，足够 N2、H2的条件下，分别计算反应 起始时刻、N2消耗1/2mol时刻、 N2消耗1mol时刻、 N2消耗 结论： 2mol时刻的反应进度?
thermodynamics
(force) x (distance) (P~ x area) x (distance) = AV
where AV is the volume change. If the bubble is suddenly erupted to the earth’s surface where the pressure is P2. it expands to V2 and the work of expansion can be expressed by the formula
Q, introduced into a system is given a positive sign whereas, work, W, is negative (Figure
2.1). Work done of the surroundings is considered a positive and hence the positive sign (I know this is rather confusing, but the sign convention is important to an understanding of the equations to come!).
2.3 First Law of Thermodynamics
2~ ~modyr~~mIe~
2.1 Introduction
T hermodynamics is the study of energy. Much of its terminology derives from the early application of thermodynamics to the study of engines and their efficiency. However, its application is not limited to the engineering fields. Thermodynamics has been invaluable in the study of magmas and, in particular, the chemical reactions which occur at elevated temperature. Although the subject matter at first appears quite complex, the value of thermodynamics lies in the shear simplicity of the underlying principles. For example, although energy can be converted from one form to another (chemical to thermal, etc.) it cannot be destroyed. In addition, simple observation tells us that heats flows from hot to cold bodies, never the reverse. The first observation is embodied in the First Law of Thermodynamics and the second in the Second Law of Thermodynamics. These observations can be stated mathematically and the resultant equations combined and manipulated in a variety of important ways. For example, we can determine the melting points of minerals, compositions of minerals crystallizing from a magma, temperatures and pressures of metamorphism, relative stability of minerals in a weathering environment and compositions of ore-forming solutions
where AV is the volume change. If the bubble is suddenly erupted to the earth’s surface where the pressure is P2. it expands to V2 and the work of expansion can be expressed by the formula
Q, introduced into a system is given a positive sign whereas, work, W, is negative (Figure
2.1). Work done of the surroundings is considered a positive and hence the positive sign (I know this is rather confusing, but the sign convention is important to an understanding of the equations to come!).
2.3 First Law of Thermodynamics
2~ ~modyr~~mIe~
2.1 Introduction
T hermodynamics is the study of energy. Much of its terminology derives from the early application of thermodynamics to the study of engines and their efficiency. However, its application is not limited to the engineering fields. Thermodynamics has been invaluable in the study of magmas and, in particular, the chemical reactions which occur at elevated temperature. Although the subject matter at first appears quite complex, the value of thermodynamics lies in the shear simplicity of the underlying principles. For example, although energy can be converted from one form to another (chemical to thermal, etc.) it cannot be destroyed. In addition, simple observation tells us that heats flows from hot to cold bodies, never the reverse. The first observation is embodied in the First Law of Thermodynamics and the second in the Second Law of Thermodynamics. These observations can be stated mathematically and the resultant equations combined and manipulated in a variety of important ways. For example, we can determine the melting points of minerals, compositions of minerals crystallizing from a magma, temperatures and pressures of metamorphism, relative stability of minerals in a weathering environment and compositions of ore-forming solutions
IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics培训课件.ppt
Chapter 5. The second law of thermodynamics
將溫度效應的積分部分寫 成電腦副程式
用積分推導計算副程式的 運算式
用平均熱容量的觀念推導 計算副程式的運算式
總熵計算除了溫度效應還 有壓力(體積)效應的計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics
Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics
Chapter 5 The second law of thermodynamics
Smith
Chapter 5. The second law of thermodynamics
功與熱的品質
兩種能量傳遞的行為與特 性
絕對熵值的狀態條件基準 點
古典熱力學計算熵值的計 算式
Chapter 5. The second law of thermodynamics
微觀觀點
熵的觀念
巨觀的體積膨脹之熵變化
利用系統體積計算 利用系統壓力計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics
熱力學第二定律的陳述
熱量由高溫體流向低溫體 為一自發程序
程序之總熵變化值必然大 於或等於 0
證明
思考一個不可逆絕熱膨 脹程序
以一個可逆程序經兩個 步驟回到出發點
Chapter 5. The second law of thermodynamics
可逆程序之熵變化如第 5 行表示式
Chapter 5. The second law of thermodynamics
IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics培训课件.ppt
Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics
Chapter 5 The second law of thermodynamics
Smith
Chapter 5. The second law of thermodynamics
功與熱的品質
兩種能量傳遞的行為與特 性
微觀的思考
排列狀態數 熵的定義
熵變化的計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics
果然與巨觀分析計算結果 相同
Chapter 5. The second law of thermodynamics
劇情如何發展？ 敬請期待！
Chapter 5. The second law of thermodynamics
流失的功 以理想功為基準計算程序 流失的功
理想功 可逆程序所相關的功
Chapter 5. The second law of thermodynamics
程序之不可逆所造成熵產 生量即為流失的功
熱力學第三定律 絕對熵值的定義
蒸氣動力廠的運作流 程示意圖
熱機熱功交換示意圖
熱機效率的極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics
卡諾循環
卡諾以四個可逆程序來討 論建立熱機的操作
卡諾理論
卡諾對一個熱機效率的 陳述
一個熱機操作之最佳效 率極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics
熱機效率溫度標之關係式
溫度函數 溫度函數 f 溫度函數
Thermodynamics
Chapter 5 The second law of thermodynamics
Smith
Chapter 5. The second law of thermodynamics
功與熱的品質
兩種能量傳遞的行為與特 性
微觀的思考
排列狀態數 熵的定義
熵變化的計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics
果然與巨觀分析計算結果 相同
Chapter 5. The second law of thermodynamics
劇情如何發展？ 敬請期待！
Chapter 5. The second law of thermodynamics
流失的功 以理想功為基準計算程序 流失的功
理想功 可逆程序所相關的功
Chapter 5. The second law of thermodynamics
程序之不可逆所造成熵產 生量即為流失的功
熱力學第三定律 絕對熵值的定義
蒸氣動力廠的運作流 程示意圖
熱機熱功交換示意圖
熱機效率的極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics
卡諾循環
卡諾以四個可逆程序來討 論建立熱機的操作
卡諾理論
卡諾對一個熱機效率的 陳述
一個熱機操作之最佳效 率極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics
熱機效率溫度標之關係式
溫度函數 溫度函數 f 溫度函數
物理化学第二章2..
在应用熵作过程的判据时，将体系和环境合起来作 为孤立体系，于是有 S 孤= S 体 + S 环 0
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{
> 不可逆过程 = 可逆过程
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}
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2.5 熵变求算
二、系统的熵变
1、等温过程熵变的计算
δ Qr δ Qr Qr 由式 dS 出发 对等温过程 S T T T
δQr S A T
B
A δQ δQi r B T AB T
A
δQi S A B T
上一内容 下一内容
δQi dS T
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2018/9/2
2.4 熵
(密闭)
S
Q/T是实际过程的热
温商。
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10
熵增大原理
将克劳修斯不等式用于孤立系统时，由于孤 立系统与环境之间无热交换，所以不等式改为： S≥0 >0:不可逆过程; =0:可逆过程； S (孤立) <0:不可能发生的过程 热力学第二定律可以归纳为： “在孤立系统中所发生的过程总是向着熵增大的 方向进行” ——熵增大原理
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练习
1.是非题
1)在可逆过程中, dS =δQ/ T, 不可逆过程中, dS >δQ/ T, 所以，可逆过 程的熵变大于不可逆过程的熵变。 F
2) 理想气体经绝热不可逆膨胀，S>0，若经绝热不可逆压缩则 F S<0.
3)任意系统经一循环过程则其U，H，S 均为零. 4)凡是S > 0的过程都是不可逆过程. 5) TdS等于体系所吸收的热.
chapter02THERMODYNAMICS
Internal energy changes: The sign of U
Negative values: a system loses energy to the surroundings Positive values: a system gains energy from the surroundings
(2.34) (2.35)
dq
P
mc
P
dT
qP m
T2
T1
C P ( T ) dT
dq dT
Tf
P
closed syst., P const.
(2.36) (2.37)
CP
T2
m 2 c P ( T ) dT m 1
Tf
2
T1
c P ( T ) dT q P
1
(2.38)
6
Physical Chemistry
Chapter 2
Thermodynamic Properties of system
Extensive property ： The value of the property changes according to the amount of material which is present (e.g., mass, volume, internal energy) Intensive property ： independent of the amount of material which is present (e.g., temperature, density) State functions: the value of a particular property for a system depends solely on the state of the system at time (e.g., pressure, volume, internal energy, entropy) Path functions: A property depends upon the path by which a system in one state is changed into another state (e.g., work, heat) 7
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热力学第二定律的文字表达（说法） 克劳修斯(Clausius)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。 开尔文(Kelvin) 说法：不可能从单一热源取出热使之完全变 为功，而不发生其它的变化。后来被奥斯特瓦德(Ostward) 表述为：第二类永动机是不可能造成的。
热力学第二定律的数学表达(熵增原理)
(nU ) Q W
而在实际化工过程或物理过程中遇到的体系不一定都是封闭 体系，通常是敞开体系。敞开体系的热力学第一定律如何表 达？ 下面是敞开体系的示意图。
Q
2(out) m 2 u2 P2, T2
m 1 1(in) u1
P1, T1
H2, U2
s W
H1, U1
z2
z1 水平线
d (nU )
in
H in dnin
out
H out dnout Q Ws W
Example
Process: A 4 m3 storage tank containing 2 m3 of liquid is about to be pressurized with air from a large, high-pressure reservoir through a valve at the top of the tank to permit rapid ejection of the liquid (see the following figure) . The air in the reservoir is maintained at 100 bar and 300 K. The gas space above the liquid contains air at 1 bar and 280 K. When the pressure in the tank reaches 5 bar, the liquid transfer valve is opened and the liquid is ejected at the rate of 0.2 m3/min while the tank pressure is maintained at 5 ba动过程的热力学第一定律表达式中， W 包括体积功和非体积功两部分，而体积功是无用功，没有 技术经济价值，在计算理想功时，必须将无用功扣除掉，即
Wid Wr Wr, e
因为
Wr, e
V2 V1
PdV
V2 V1
Wid U T S
注意热力学效率与 热机效率的区别。
其中，Wac是实际过程做的功。
损失功 损失功(lost work)的定义
WL Wac Wid
流动过程的损失功 对于流动过程
ac [( H 1 u 2 gz )m W ] Q 2
Chapter 1 Elements of Thermodynamics 热力学基础
体系的分类：
封闭体系(closed system)：与环境没有物质交换。 体系 敞开体系(open system)：与环境有质量交换。 简单体系（simple system)：体系内部没有任何绝热 (adiabatic)、刚性(rigid)、不渗透(impermeable)的界 面(boundary)，而且不受外部和内部力场的作用。 复杂体系(composite system)：体系由两个或两个以 上的简单体系构成，如半渗透膜海水淡化体系；或 者体系处于外部或内部力场中，如磁场、电场等。 简单体系是最常见的一种体系。对于简单体系，体系的 能量等于其内能，即 E = U。
2、稳定流动过程的理想功
PdV
稳定流动过程的热力学第一定律是
2 W s [( H 1 u gz ) m ] Q 2
r id W r, s [( H 1 u 2 gz )m W ] Q 2
Note：Ws是有用功。
稳定流动过程的热力学第二定律是
(m S)
可逆过程
Q T
G S
G 0 S
r T ( m Q S)
id [( H 1 u 2 gz )m W ] T ( m S) 2
对于大多数的化工过程，流体的动能差和势能差相对于 其它项而言，可以忽略不计，因此
id ( m W H ) T ( m S)
Figure The schematic of open system
对于给定的敞开体系 进入体系 的能量
1 2 1 流入体系的物质带入的能量，(U u gz )1 m 2
W 体系与环境交换的热和功，Q
1 2 2 离开体系的能量: 离开体系的物质帯走的能量, (U u gz )2 m 2 体系能量的积累 = 进入体系的能量-离开体系的能量 d ( mU ) 1 1 W (U u 2 gz )1 m 1 (U u 2 gz )2 m 2 Q dt 2 2 1 2 Q W [(U u gz )m ] 2
体系
Section 1 The First Law of Thermodynamics
热力学第一定律是对自然界普遍存在的能量守衡 (energy conversation)规律的总结，可以用下面的数学公式表示： △(Energy of the system) +△(Energy of surroundings) = 0 物理化学告诉我们封闭体系的热力学第一定律是
敞开体系的熵平衡
我们可以象写敞开体系的能量平衡(energy balance)方程 一样,写出敞开体系的熵平衡(entropy balance)方程。两者的 重要区别在于，体系的能量是守衡的(Energy is conserved.)， 但熵不守衡(Entropy is not conserved. )。因为根据热力学第 二定律，体系经历任何一个自发过程时，总的熵是增加的。 因此，在写熵平衡方程时，必须考虑一个非常重要的物理量 --熵产生(entropy-generation, SG )。
Storage Tank Air Reservoir
Liquid Transfer Valve
稳流体系(steady-state flow system)热力学第一定律
稳定流动体系(简称稳流体系）的特征是： 1. 体系的质量积累为零； 2. 体系的能量积累为零； 3. 体系的性质以及体系进口(entrance)和出口(exit)的性质不随 时间的变化而变化。
上述问题需要用新的物理量--理想功(ideal work)来解决。
理想功的定义：
体系状态变化在一定的环境条件下按完全可逆的方式进 行时，理论上能产生的最大功或者必须消耗的最小功，称为 理想功，用符号Wid 表示。 1、非流动过程的理想功 非流动过程的热力学第一定律是 U Q W 可逆过程
热力学第一定律和第二定律研究了能量的守衡和热功转 化的问题。在化工或物理过程中，我们常常面对另外两个有 关能量的问题：一是过程能量利用率的大小，二是能量品质 的高低。
如，如果一个化工或物理过程对外做功，我们希望做的 功越大越好；反之，如果一个化工或物理过程消耗功，我们 希望消耗的功越小越好。这就提出如何评价过程能量利用率 的问题。1kJ 25 0C的海水和1kJ 100 0C的水蒸汽相比，谁做 的有用功大？这就提出如何评价能量品质的问题。
对于稳定流动过程，因为 d ( mS )s 0 dt 熵平衡方程简化成
(m S)
j
j Q Tσ, j
G S
如果稳定流动过程只有一个进口和一个出口，则
S
j
Qj Tσ, j
SG
上式是稳流体系的熵平衡方程，可用于熵产生的计算。
理想功(Ideal work)、损失功(Lost work)
d (mU ) dt
W s [( H 1 u2 gz )m Q ] 2
d ( mU ) dt
[( H
1 u2 2
W s gz )m ] Q
这就是敞开体系热力学第一定律的通用形式。
在另外一些情况下，如果体系的部分界面可以移动，则 体系的体积要发生变化，体系与环境之间有体积功的交换。 这时，如果忽略体系的动能差和势能差，敞开体系的热力学 第一定律可以写成下面的形式
Note: Δ = 2-1(Exit - Entrance)
是热交换速率，J/s；W 其中， m 是流体的质量流速，kg/s；Q
只包括两 是功率。对于界面是刚性的体系，不存在体积功， W
( PV )m 部分，一是流体进入和离开体系所做的流动功率
；另
一种是轴功率(shaft work rate) ， ，它是通过机械装置，如泵， W s
Stotal Ssystem Ssurroundin g 0
即孤立体系发生的过程总是向熵增加的方向进行，直至熵达 到最大值，体系达到平衡态。 熵增原理只能用于判断孤立体系(与环境没有质量和能量交 换)过程进行的方向和限度。对于实际的敞开体系，如何运 用热力学第二定律判断过程进行的方向和限度？
或者写成
2 H 1 u gz Q Ws 2
上式就是稳流体系的热力学第一定律，所有项的单位都是 kJ/kg。
Section 2 The Second Law of Thermodynamics
热力学第二定律基本内容
热力学第二定律主要解决过程进行的方向和限度的问题， 其基本内容简要概括为：
对于只有一个进口和一个出口的稳定流动过程，
Wid H T S
上式是最常用的稳定流动过程的理想功计算公式。 热力学效率(Thermodynamic efficiency) 有了理想功，就可以评价一个化工或物理过程能量利用率 的大小，所用的指标是热力学效率。 热力学效率的定义
热力学第二定律的数学表达(熵增原理)
(nU ) Q W
而在实际化工过程或物理过程中遇到的体系不一定都是封闭 体系，通常是敞开体系。敞开体系的热力学第一定律如何表 达？ 下面是敞开体系的示意图。
Q
2(out) m 2 u2 P2, T2
m 1 1(in) u1
P1, T1
H2, U2
s W
H1, U1
z2
z1 水平线
d (nU )
in
H in dnin
out
H out dnout Q Ws W
Example
Process: A 4 m3 storage tank containing 2 m3 of liquid is about to be pressurized with air from a large, high-pressure reservoir through a valve at the top of the tank to permit rapid ejection of the liquid (see the following figure) . The air in the reservoir is maintained at 100 bar and 300 K. The gas space above the liquid contains air at 1 bar and 280 K. When the pressure in the tank reaches 5 bar, the liquid transfer valve is opened and the liquid is ejected at the rate of 0.2 m3/min while the tank pressure is maintained at 5 ba动过程的热力学第一定律表达式中， W 包括体积功和非体积功两部分，而体积功是无用功，没有 技术经济价值，在计算理想功时，必须将无用功扣除掉，即
Wid Wr Wr, e
因为
Wr, e
V2 V1
PdV
V2 V1
Wid U T S
注意热力学效率与 热机效率的区别。
其中，Wac是实际过程做的功。
损失功 损失功(lost work)的定义
WL Wac Wid
流动过程的损失功 对于流动过程
ac [( H 1 u 2 gz )m W ] Q 2
Chapter 1 Elements of Thermodynamics 热力学基础
体系的分类：
封闭体系(closed system)：与环境没有物质交换。 体系 敞开体系(open system)：与环境有质量交换。 简单体系（simple system)：体系内部没有任何绝热 (adiabatic)、刚性(rigid)、不渗透(impermeable)的界 面(boundary)，而且不受外部和内部力场的作用。 复杂体系(composite system)：体系由两个或两个以 上的简单体系构成，如半渗透膜海水淡化体系；或 者体系处于外部或内部力场中，如磁场、电场等。 简单体系是最常见的一种体系。对于简单体系，体系的 能量等于其内能，即 E = U。
2、稳定流动过程的理想功
PdV
稳定流动过程的热力学第一定律是
2 W s [( H 1 u gz ) m ] Q 2
r id W r, s [( H 1 u 2 gz )m W ] Q 2
Note：Ws是有用功。
稳定流动过程的热力学第二定律是
(m S)
可逆过程
Q T
G S
G 0 S
r T ( m Q S)
id [( H 1 u 2 gz )m W ] T ( m S) 2
对于大多数的化工过程，流体的动能差和势能差相对于 其它项而言，可以忽略不计，因此
id ( m W H ) T ( m S)
Figure The schematic of open system
对于给定的敞开体系 进入体系 的能量
1 2 1 流入体系的物质带入的能量，(U u gz )1 m 2
W 体系与环境交换的热和功，Q
1 2 2 离开体系的能量: 离开体系的物质帯走的能量, (U u gz )2 m 2 体系能量的积累 = 进入体系的能量-离开体系的能量 d ( mU ) 1 1 W (U u 2 gz )1 m 1 (U u 2 gz )2 m 2 Q dt 2 2 1 2 Q W [(U u gz )m ] 2
体系
Section 1 The First Law of Thermodynamics
热力学第一定律是对自然界普遍存在的能量守衡 (energy conversation)规律的总结，可以用下面的数学公式表示： △(Energy of the system) +△(Energy of surroundings) = 0 物理化学告诉我们封闭体系的热力学第一定律是
敞开体系的熵平衡
我们可以象写敞开体系的能量平衡(energy balance)方程 一样,写出敞开体系的熵平衡(entropy balance)方程。两者的 重要区别在于，体系的能量是守衡的(Energy is conserved.)， 但熵不守衡(Entropy is not conserved. )。因为根据热力学第 二定律，体系经历任何一个自发过程时，总的熵是增加的。 因此，在写熵平衡方程时，必须考虑一个非常重要的物理量 --熵产生(entropy-generation, SG )。
Storage Tank Air Reservoir
Liquid Transfer Valve
稳流体系(steady-state flow system)热力学第一定律
稳定流动体系(简称稳流体系）的特征是： 1. 体系的质量积累为零； 2. 体系的能量积累为零； 3. 体系的性质以及体系进口(entrance)和出口(exit)的性质不随 时间的变化而变化。
上述问题需要用新的物理量--理想功(ideal work)来解决。
理想功的定义：
体系状态变化在一定的环境条件下按完全可逆的方式进 行时，理论上能产生的最大功或者必须消耗的最小功，称为 理想功，用符号Wid 表示。 1、非流动过程的理想功 非流动过程的热力学第一定律是 U Q W 可逆过程
热力学第一定律和第二定律研究了能量的守衡和热功转 化的问题。在化工或物理过程中，我们常常面对另外两个有 关能量的问题：一是过程能量利用率的大小，二是能量品质 的高低。
如，如果一个化工或物理过程对外做功，我们希望做的 功越大越好；反之，如果一个化工或物理过程消耗功，我们 希望消耗的功越小越好。这就提出如何评价过程能量利用率 的问题。1kJ 25 0C的海水和1kJ 100 0C的水蒸汽相比，谁做 的有用功大？这就提出如何评价能量品质的问题。
对于稳定流动过程，因为 d ( mS )s 0 dt 熵平衡方程简化成
(m S)
j
j Q Tσ, j
G S
如果稳定流动过程只有一个进口和一个出口，则
S
j
Qj Tσ, j
SG
上式是稳流体系的熵平衡方程，可用于熵产生的计算。
理想功(Ideal work)、损失功(Lost work)
d (mU ) dt
W s [( H 1 u2 gz )m Q ] 2
d ( mU ) dt
[( H
1 u2 2
W s gz )m ] Q
这就是敞开体系热力学第一定律的通用形式。
在另外一些情况下，如果体系的部分界面可以移动，则 体系的体积要发生变化，体系与环境之间有体积功的交换。 这时，如果忽略体系的动能差和势能差，敞开体系的热力学 第一定律可以写成下面的形式
Note: Δ = 2-1(Exit - Entrance)
是热交换速率，J/s；W 其中， m 是流体的质量流速，kg/s；Q
只包括两 是功率。对于界面是刚性的体系，不存在体积功， W
( PV )m 部分，一是流体进入和离开体系所做的流动功率
；另
一种是轴功率(shaft work rate) ， ，它是通过机械装置，如泵， W s
Stotal Ssystem Ssurroundin g 0
即孤立体系发生的过程总是向熵增加的方向进行，直至熵达 到最大值，体系达到平衡态。 熵增原理只能用于判断孤立体系(与环境没有质量和能量交 换)过程进行的方向和限度。对于实际的敞开体系，如何运 用热力学第二定律判断过程进行的方向和限度？
或者写成
2 H 1 u gz Q Ws 2
上式就是稳流体系的热力学第一定律，所有项的单位都是 kJ/kg。
Section 2 The Second Law of Thermodynamics
热力学第二定律基本内容
热力学第二定律主要解决过程进行的方向和限度的问题， 其基本内容简要概括为：
对于只有一个进口和一个出口的稳定流动过程，
Wid H T S
上式是最常用的稳定流动过程的理想功计算公式。 热力学效率(Thermodynamic efficiency) 有了理想功，就可以评价一个化工或物理过程能量利用率 的大小，所用的指标是热力学效率。 热力学效率的定义