02.热力学第一定律
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工程热力学-热力学第一定律
热力学第一定律的应用有助于开发更高效的节能技术，如改进热力发动机的效率，优化建筑物的能源 性能等。
减排措施
根据热力学第一定律，减少不必要的能量损失和排放是可行的，例如通过改进设备的保温性能和减少 散热损失来降低能耗。
环境保护
可持续发展
减少污染
热力学第一定律强调能量的有效利用和转换， 这有助于推动可持续发展，通过更环保的方 式满足人类对能源的需求。
该定律是热力学的基本定律之一，它 为能量转换和利用提供了理论基础。
内容
热力学第一定律可以表述为：在一个封闭系统中，能量总和保持不变，即能量转 换和传递过程中，输入的能量等于输出的能量加上系统内部能量变化。
该定律强调了能量守恒的概念，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化 为另一种形式。
符号和单位
热力平衡状态下的应用
能量转换
热力学第一定律可以用于分析能量转 换过程，如燃烧、热电转换等，以确 定转换效率。
热力设备设计
在设计和优化热力设备时，如锅炉、 发动机等，可以利用热力学第一定律 来分析设备的能量平衡，提高设备的 效率。
非平衡状态下的应用
热传导
在研究非平衡状态下的热传导过程时， 可以利用热力学第一定律来分析热量传 递的方向和大小。
VS
热辐射
在研究物体之间的热辐射传递时，可以利 用热力学第一定律来分析辐射能量的交换 。
热力过程的应用
热力循环
在分析热力循环过程，如蒸汽机、燃气轮机等，可以利用热力学第一定律来计算循环效 率。
热量回收
在热量回收过程中，如余热回收、热泵等，可以利用热力学第一定律来分析回收效率。
04 热力学第一定律的推论
熵增原理
定义
熵增原理是热力学第二定律的一个推论，它指出在一个封 闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。
减排措施
根据热力学第一定律，减少不必要的能量损失和排放是可行的，例如通过改进设备的保温性能和减少 散热损失来降低能耗。
环境保护
可持续发展
减少污染
热力学第一定律强调能量的有效利用和转换， 这有助于推动可持续发展，通过更环保的方 式满足人类对能源的需求。
该定律是热力学的基本定律之一，它 为能量转换和利用提供了理论基础。
内容
热力学第一定律可以表述为：在一个封闭系统中，能量总和保持不变，即能量转 换和传递过程中，输入的能量等于输出的能量加上系统内部能量变化。
该定律强调了能量守恒的概念，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化 为另一种形式。
符号和单位
热力平衡状态下的应用
能量转换
热力学第一定律可以用于分析能量转 换过程，如燃烧、热电转换等，以确 定转换效率。
热力设备设计
在设计和优化热力设备时，如锅炉、 发动机等，可以利用热力学第一定律 来分析设备的能量平衡，提高设备的 效率。
非平衡状态下的应用
热传导
在研究非平衡状态下的热传导过程时， 可以利用热力学第一定律来分析热量传 递的方向和大小。
VS
热辐射
在研究物体之间的热辐射传递时，可以利 用热力学第一定律来分析辐射能量的交换 。
热力过程的应用
热力循环
在分析热力循环过程，如蒸汽机、燃气轮机等，可以利用热力学第一定律来计算循环效 率。
热量回收
在热量回收过程中，如余热回收、热泵等，可以利用热力学第一定律来分析回收效率。
04 热力学第一定律的推论
熵增原理
定义
熵增原理是热力学第二定律的一个推论，它指出在一个封 闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。
02热力学第一定律
H U pV H U ( pV ) U nRT (2731 2 8.314 54)J 3629J
压缩机工作时，速率很快，来不及进行热交换
Q0
W U 2731J
3. 摩尔恒压热容与摩尔恒容热容的关系
C p ,m CV ,m
H m T U m T
T2 T1
U QV n CV ,mdT
2.4.2
应用——计算单纯pVT 过程的U 恒容过程：
U QV n CV ,mdT
T2 T1
非恒容过程： U QV n
T2
T1
CV ,mdT
（理想气体）
nCV ,m (T2 T1 )
2. 摩尔定压热容
C p ,m
•自由膨胀过程
∵pamb=0 • 恒容过程 dV＝0 W＝0 ∴W=0
热力学能U：系统内部储存的能量，是广度量的状态函数。
分子平动能 动能 分子转动能 系统总能量 势能 分子振动能 热力学能 分子间作用能 电子运动能 核运动能
符号规定： 若热力学能增加+，若热力学能减小U 的绝对值无法求，但U可求
T,p 2HCl(aq)+Zn(s) ZnCl 2 (aq)+H2 (g)
这是什么体系？界面在什么位置？
如果上述反应是在恒容、绝热，不透光、不导 电的容器中进行，它又是什么体系？
作业：以电解水为例确定界面使系统分别为隔离系统、 封闭系统、敞开系统
2. 状态与状态函数 （1）状态与状态函数 系统的性质：决定系统状态的物理量(如p,V,T,Cp,m)
系统的状态：热力学用系统所有的性质来描述它所处 的状态，当系统所有性质都有确定值时，则系统处于一 定的状态
压缩机工作时，速率很快，来不及进行热交换
Q0
W U 2731J
3. 摩尔恒压热容与摩尔恒容热容的关系
C p ,m CV ,m
H m T U m T
T2 T1
U QV n CV ,mdT
2.4.2
应用——计算单纯pVT 过程的U 恒容过程：
U QV n CV ,mdT
T2 T1
非恒容过程： U QV n
T2
T1
CV ,mdT
（理想气体）
nCV ,m (T2 T1 )
2. 摩尔定压热容
C p ,m
•自由膨胀过程
∵pamb=0 • 恒容过程 dV＝0 W＝0 ∴W=0
热力学能U：系统内部储存的能量，是广度量的状态函数。
分子平动能 动能 分子转动能 系统总能量 势能 分子振动能 热力学能 分子间作用能 电子运动能 核运动能
符号规定： 若热力学能增加+，若热力学能减小U 的绝对值无法求，但U可求
T,p 2HCl(aq)+Zn(s) ZnCl 2 (aq)+H2 (g)
这是什么体系？界面在什么位置？
如果上述反应是在恒容、绝热，不透光、不导 电的容器中进行，它又是什么体系？
作业：以电解水为例确定界面使系统分别为隔离系统、 封闭系统、敞开系统
2. 状态与状态函数 （1）状态与状态函数 系统的性质：决定系统状态的物理量(如p,V,T,Cp,m)
系统的状态：热力学用系统所有的性质来描述它所处 的状态，当系统所有性质都有确定值时，则系统处于一 定的状态
02章热力学第一定律1
而自由膨胀就是对真空膨胀，外压为零，故 W=0 即自由膨胀过程中，系统对环境不做功。
（2）.等外压膨胀（pe保持不变）
在外压保持不变的情况下，系统的体积从V1膨 胀到V2, W=－PedV ， 积分，有： W=－Pe(V2-V1)
（3）多次等外压膨胀
(a)克服外压pe‘从体积为V1膨胀到V‘，作功： W1= - Pe‘ (V‘ - V1) (b)克服外压Pe“从V‘膨胀到V“，作功： W2= -Pe“(V“ - V‘) (c)克服外压P2从V“膨胀到V2，作功： W3= -P2（V2 - V“) 在这个过程中系统作的总功是所作的功 等于3次作功的加和。 W=W1+W2+W3
状态函数的基本性质：
* 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。 即二阶偏微分的值与微分的先后顺序 无关。
（3）状态方程
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀系统，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两 个是独立的，它们的函数关系可表示为：
环境（surroundings）
与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的 部分。
系统分类
根据系统与环境之间 的关系，把系统分为 三类：
（1）敞开系统（open
system） 系统与环境之间既 有物质交换，又有能 量交换。
（2）封闭系统（closed system）
系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起， 历经20多年，用各种实验求证热和功的转 换关系，得到的结果是一致的。
第02章 热力学第一定律 2011-02-24
H2与N2以3:1的比例在绝热钢瓶中反应生成NH3，此过程：
(A) H = 0 (B) p = 0 (C) U = 0 (D) T = 0
3. 理想气体的热力学能和焓 焦耳实验（1845）图2.2.1
§2.4
热
容
或
δQV dU m
CV ,m
或
U m ( )V f (T ) T
热力学第一定律表述之一：
自然界一切物质都有能量，能量有各种不同形式并可互相转 化，在转化过程中总值不变（即能量守恒与转化定律）。
热力学第一定律表述之二：
第一类永动机是造不成的。
热力学第一定律的数学表述： 系统从状态 (1) 状态(2)，与环境交换热Q，交换功W， 则有: U2 = U1 + Q + W， 或 U = Q +W dU = Q + W (封闭系统)
4. 过程与途径 系统的一切变化均称之为过程。 在相同的始终态间，可有不同的变化方式，称之为 途径 。状态函数的变化与途径无关!。 常见的过程有： 恒温过程：T2 = T1 = T (环) 恒压过程：p2 = p1 = p (环) 恒容过程：V = 0 绝热过程：无热交换，但可以有功的传递 循环过程：回到初始状态 5. 热力学平衡态（无环境影响下） (1) 热平衡 (2) 力平衡 (3) 相平衡 (4) 化学平衡 T (环)为环境温度 p (环)为环境压力
W 与途径有关，微小变化用W表示（不能用dW）.
p(环)
p(环)
A
体积功的计算：
W = Fdl
= p(环) Adl
= p(环) dV
（能否用系统的压力p ？） dl
对于一有限过程：
若环境压力恒定， V1 = p(环)(V2 V1) = p(环)V （恒外压过程） 与恒压过程比较。 V2 V
02章 热力学第一定律
We' ,4 > We' ,3 > We' ,2
We' ,2 = − ∫ p e dV = − p1 (V1 − V2 )
V1 V2
We' ,3 = − p" (V " −V2 ) − p' (V ' −V " ) − p1 (V1 − V ' ) We' ,4 = − ∫ ( p i + dp )dV ≈ − ∫ p i dp = − nRT ln
V2 V2 V1 V1
V1 = −We ,4 V2
We ,4 = We' ,4
ΔU = Q + W
（W ＝ We， Wf ＝ 0）
一、等容过程（isochoric process) ΔV = 0
适用条件：封闭体系平衡态，不做非体积功的等容过程。 二、等压过程（isobaric process) p1 = p2 = pe
热力学概论
程
Su
n
2.3
热力学的一些基本概念 P67
一．系统（体系 System）与环境（surroundings） （1）定义： （2）体系的分类：① 敞开体系（open system）② 封闭体系（closed system） ③ 孤立体系（isolated system） 二．体系的性质（状态性质、热力学性质、热力学变量） 分类 广度性质（extensive properties） ： 其数值与体系的物质的量成正比， 具加和性， 是 n 的一次齐函数。 如体积、 又称为容量性质， 质量、熵等。 强度性质（intensive properties） ： 其数值取决于体系自身的特点，不具加和性，是 n 的零次齐函数。如温度、压力等。
We' ,2 = − ∫ p e dV = − p1 (V1 − V2 )
V1 V2
We' ,3 = − p" (V " −V2 ) − p' (V ' −V " ) − p1 (V1 − V ' ) We' ,4 = − ∫ ( p i + dp )dV ≈ − ∫ p i dp = − nRT ln
V2 V2 V1 V1
V1 = −We ,4 V2
We ,4 = We' ,4
ΔU = Q + W
（W ＝ We， Wf ＝ 0）
一、等容过程（isochoric process) ΔV = 0
适用条件：封闭体系平衡态，不做非体积功的等容过程。 二、等压过程（isobaric process) p1 = p2 = pe
热力学概论
程
Su
n
2.3
热力学的一些基本概念 P67
一．系统（体系 System）与环境（surroundings） （1）定义： （2）体系的分类：① 敞开体系（open system）② 封闭体系（closed system） ③ 孤立体系（isolated system） 二．体系的性质（状态性质、热力学性质、热力学变量） 分类 广度性质（extensive properties） ： 其数值与体系的物质的量成正比， 具加和性， 是 n 的一次齐函数。 如体积、 又称为容量性质， 质量、熵等。 强度性质（intensive properties） ： 其数值取决于体系自身的特点，不具加和性，是 n 的零次齐函数。如温度、压力等。
02第二章 热一律2-1热力学第一定律的实质及表达式
吸热膨胀作功（参看图2-3c） 吸热膨胀作功 外界供给热量 –Q 膨胀功 –W 热力学能 –U2
排气过程中（参看图2-3d） 排气过程中 外界消耗排气功 外界获得推动功 排气后（参看图2-3a） 排气后 质量 m = 0 总能量 E2 = 0
开口系在一个工作周期中的能量进出情况
Q=Q ∆E = 0
1 2 2 w = ( p2 v2 − p1v1 ) + (c2 − c1 ) + g ( z 2 − z1 ) + wsh 2
（2-16）
总功（Wtot ）、膨胀功（W ）、技术功（ W t ）和轴功 （W sh ）之间的区别和内在联系 膨胀功、技术功、轴功孰大孰小取决于 ( p 2 v2 − p1v1 ) 1 2 2 (c2 − c1 ) 、 g ( z 2 − z1 ) 的大小和正负。
二、热力学第一定律表达式
1、一般热力系能量方程
- 热力学第一定律基本表达式
热力系总能量(total stored energy of system)为E（图2-1a）。它是 热力学能（U）、宏观动能（EK）和重力位能（EP）的总和： 热力学能，内部储存能 热力学能，
E =U+Ek +Ep
宏观动能 总能 宏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位能 外部储存能
e =u+ek +ep
根据质量守恒定律可知：热力系质量的变化等于流进和流出 质量的差：
dm = δm1 − δm2
根据热力学第一定律可知：
热力系输出的能量的总和= 加入热力系的能量的总和 - 热力系输出的能量的总和=热力系总能量的增量
（δQ + e1δm1） (δW总 + e2δm2 ) = ( E + dE ) − E −
物理化学(傅献彩著)02章 热力学第一定律
状态函数（state function）
用以描述系统状态的函数称为状态函数 系统处于定态时，其性质仅取决于系统所处的 状态，而与系统的历史无关； 系统状态改变时，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。
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。
Complete differential property
（1）等温过程 (isothermal process)
T1 T2 T环 p1 p2 p环
dV 0
（2）等压过程 (isobaric process)
（3）等容过程 (isochoric process)
（4）绝热过程 (adiabatic process)
（5）环状过程 (cyclic process)
1. 指出某一变化是否能发生 2. 估计变化的限度 3. 指明改进工作的方向
温度的概念
Et 1 mu 2 f (T ) 2
T 反映大量分子无规则运动的剧烈程度，具有统计概念， 与分子的平均平动能有函数关系。 平衡态（equilibrium state）：一个不受外界影响的系统， 最终会达到一个稳定的状态，宏观上不再变化，并可用一 定的状态函数来描述它，这表明该系统达到了平衡态。
系统的性质
广度性质 广度性质(1) 强度性质 物质的量 广度性质(2)
m V
热力学平衡态 (thermodynamic equilibrium state)
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。
热平衡（thermal equilibrium）
环境
系统
系统与环境
系统的分类
（1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律热力学基础知识：热力学第一定律和第二定律热力学是物理学的一个重要分支，研究的是能量转化和能量传递规律。
在热力学中，有两个基本定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
这两个定律是热力学研究的基础，对我们理解自然界中的能量转化过程具有重要意义。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统内，能量既不能创造也不能毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
它可以用一个简单的公式来表示：△U = Q - W其中，△U表示系统内部能量的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据热力学第一定律，能量的转化是相互平衡的。
系统吸收的热量等于所做的功加上内部能量的变化，这一平衡关系保证了能量守恒的原理。
它告诉我们，能量不会凭空消失，也不会突然出现，而是在转化过程中得以保存。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的另一个重要定律，它研究的是能量转化的方向和过程中的不可逆性。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
1. 开尔文表述开尔文表述是基于热量不会自发地从低温物体转移到高温物体的原理，它给出了一个重要的结论：热量是自然界中不能自发转化为功的能量形式。
这一定律被称为热力学第二定律的开尔文表述。
2. 克劳修斯表述克劳修斯表述是基于热力学中的循环过程和热量无法从一个唯一的热源完全转化为功的原理。
克劳修斯表述给出了一个重要结论：不可能制造出一个热机，使之完全将吸收的热量转化为功，而不产生任何其他效果。
这一定律被称为热力学第二定律的克劳修斯表述。
热力学第二定律告诉我们，能量转化过程中总会产生一定的损失，而且损失不可逆。
这很好地解释了自然界中许多现象，如热量的自发流动、热机效率的限制等。
总结：热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，其中热力学第一定律和第二定律是基本定律。
热力学第一定律表明能量在系统中的转化是相互平衡的，能量守恒不变。
02 热力学第一定律
（4）物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决于热力 状态的能量。
2–5 开口系统能量方程式
1 2 q h c f g z wi 2
1 2 微元 q dh dc f gdz wi 2
适用条件：任何流动工质、任何稳定流动过程 令 技术功
1 2 wt c g z wi 2
z1
CV
2
Wi
z2
能量守恒原则（热一律）：
进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能量的增加
2–5 开口系统能量方程式
1 c f 1 , p1 , u1 , v1
Ein Eout ECV
进入： 离开：
Q
1
c f 2 , p2 , u2 , v2 2
dE1 p1dV1 Q dE2 p2dV2 Wi
第二章
实质
热力学第一定律
2-1 热力学第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
两种表述
1 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候， 他们之间的比值是一定的。 2 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必 定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应
量的热。
2-2 热力学能和总能
q 0, wt 0 h 0, h1 h2
绝热节流过程，前后 h 不变， 但 h 不是处处相等。 h1 h1
热力学解题思路总结
1、仔细审题，掌握已知条件，根据题意画出物理模型； 2、取好热力系统； 3、区分工质，根据工质性质的不同确定描述工质参数的方
法；
4、画热力学图，结合题意在热力学图上画出相应的状态点、
对推进功的说明
（1）与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在；
2–5 开口系统能量方程式
1 2 q h c f g z wi 2
1 2 微元 q dh dc f gdz wi 2
适用条件：任何流动工质、任何稳定流动过程 令 技术功
1 2 wt c g z wi 2
z1
CV
2
Wi
z2
能量守恒原则（热一律）：
进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能量的增加
2–5 开口系统能量方程式
1 c f 1 , p1 , u1 , v1
Ein Eout ECV
进入： 离开：
Q
1
c f 2 , p2 , u2 , v2 2
dE1 p1dV1 Q dE2 p2dV2 Wi
第二章
实质
热力学第一定律
2-1 热力学第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
两种表述
1 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候， 他们之间的比值是一定的。 2 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必 定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应
量的热。
2-2 热力学能和总能
q 0, wt 0 h 0, h1 h2
绝热节流过程，前后 h 不变， 但 h 不是处处相等。 h1 h1
热力学解题思路总结
1、仔细审题，掌握已知条件，根据题意画出物理模型； 2、取好热力系统； 3、区分工质，根据工质性质的不同确定描述工质参数的方
法；
4、画热力学图，结合题意在热力学图上画出相应的状态点、
对推进功的说明
（1）与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在；
物理化学-02章_热力学第一定律
定律延伸：任一热力学均相体系，在平衡态各自存 在一个称之为温度的状态函数，对所有达到热平衡 的均相体系，其温度相同。
温标：a）摄氏温标，以水为基准物，规定水的凝 固为零点，水的沸点与冰点间距离的1/100为1℃。
热力学第零定律
b）理想气体温标 以低压气体为基准物质，规定水 的三相点为273.16 K，温度计中低压气体的压强为P ，则恒容时，任意其它压力时的温度为
§2.0 热力学概论
热力学方法特点和局限性
• 热力学方法是一种演绎的方法，结合经验所 得的基本定律进行演绎推理，指明宏观对象的 性质、变化方向和限度。
• 研究对象是大数量分子的集合体，研究宏 观性质，所得结论具有统计意义。
• 只考虑平衡问题，考虑变化前后的净结果， 但不考虑物质的微观结构和反应机理。
状态函数的特性可描述为： 异途同归，值变相等；
人的状态，变化，性质。
周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数的特性
（1）体系的状态确定，则状态函数也就确定了， 状态变化，状态函数也随着变化。
（2）状态函数的改变值只与始终态有关，与变 化途径无关。如果进行了一个微小的变化，可以 用数学的全微分表示状态函数的微小的变化：如 dp、dT。
（3）隔离体系（isolated system）
有时把体系和影响所及的环境一起作为孤立体
系来考虑。
大环境
无物质交换
孤立体系(2)
Siso Ssys Ssur
无能量交换
体系分类
若以体系中存在的物质种类或均匀的物质部分 数为分类依据，热力学体系还有：
单组分和多组分体系，如水和水溶液。
单相和复相体系/均相和多相体系， 体系中只 含一个均匀的物质部分称为单相体系，含有二个以 上均匀物质部分的体系称复相体系。如水和冰。
温标：a）摄氏温标，以水为基准物，规定水的凝 固为零点，水的沸点与冰点间距离的1/100为1℃。
热力学第零定律
b）理想气体温标 以低压气体为基准物质，规定水 的三相点为273.16 K，温度计中低压气体的压强为P ，则恒容时，任意其它压力时的温度为
§2.0 热力学概论
热力学方法特点和局限性
• 热力学方法是一种演绎的方法，结合经验所 得的基本定律进行演绎推理，指明宏观对象的 性质、变化方向和限度。
• 研究对象是大数量分子的集合体，研究宏 观性质，所得结论具有统计意义。
• 只考虑平衡问题，考虑变化前后的净结果， 但不考虑物质的微观结构和反应机理。
状态函数的特性可描述为： 异途同归，值变相等；
人的状态，变化，性质。
周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数的特性
（1）体系的状态确定，则状态函数也就确定了， 状态变化，状态函数也随着变化。
（2）状态函数的改变值只与始终态有关，与变 化途径无关。如果进行了一个微小的变化，可以 用数学的全微分表示状态函数的微小的变化：如 dp、dT。
（3）隔离体系（isolated system）
有时把体系和影响所及的环境一起作为孤立体
系来考虑。
大环境
无物质交换
孤立体系(2)
Siso Ssys Ssur
无能量交换
体系分类
若以体系中存在的物质种类或均匀的物质部分 数为分类依据，热力学体系还有：
单组分和多组分体系，如水和水溶液。
单相和复相体系/均相和多相体系， 体系中只 含一个均匀的物质部分称为单相体系，含有二个以 上均匀物质部分的体系称复相体系。如水和冰。
02-物理化学第二章 热力学第一定律
H
m
298
K
H1
H
2
r
H
m
298
K
298K
T
eCP,E fC P,F dT
T
298K gCP,G hCP,H dT
X = f（T，P）o=rf（T，V）… 双变量坐标
强度性质—— 与量n无关
整体 = 部分 （T、P）
广延性质—— 与量n成正比 整体 = ∑部分
强度量 = 广延量／广延量
本章任务：
计算能量变化：
状态函数 U、H + 过程量 Q、W 理想气体，纯物质的 U、H 性质
步骤： ㈠ 不需第一定律即能计算的Q和W ㈡ 第一定律及内能 ㈢ 用于计算过程热及焓 ㈣ 用于绝热功的计算
§2－1
热和功
过程量——计算时一定要看具体过程 2·1·1 热Q
显热的计算
用热容
QB n CB,mdT
利用手册中数据，只能计算恒压或恒容热
QP or V
n
C dT T2
T1
P or V ,m
2·1·2 功W
体积功的计算
2
W 1 PexdV
eg. 恒容过程 W = 0
等外压过程 Pex=constant
Ⅱ：192.5kPa
298.15K
352.15K
求：Q、W、△U、△H
解： Q=0
U n CV ,mdT
nCV ,m T2 T1 1.366kJ
H n CP,mdT
n CV ,m R T2 T1 1.814kJ
W U Q 1.366kJ
例2·5·2 1mol双原子理想气体于27℃， 101.325 kPa 状态下，受某恒定外压恒温 压缩到平衡，再由该状态恒容升温至 97 ℃，则压力升到 1013.25 kPa。求整个过 程的W、Q、 △U及△H。
工程热力学-02热力学第一定律
由可逆过程 δq du pdv， h u pv ，有 δq d(h-pv) pdv dh d( pv) pdv
即 δq dh vdp 可逆过程中热力学第一定律另一主要形式。
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
15
2-5 轴功
由稳定流动能量方程式，可得轴功与其他形式能量间的关系为：
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
10
2-3 开口系统能量方程式
质量守恒： dm δm1 δm2
dm
d
δm1
d
δm2
d
qm1 qm2
该式称为连续性方程式，它说明单位时间内开口系统中工质质 量增加的数量等于流入和流出系统的质量流量之差。
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
11
推动功: 在进出口边界上推动工质流入或流出系统所消耗的功量。
z1)
ws
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
14
焓 h u pv H U pV 状态参数
对1kg流动工质，其稳定状态稳定流动能量方程式:
q
(h2
h1)
1 2
(cf22
cf21)
g
(
z2
z1)
ws
• 焓并不能看作是工质储存的能量，可近似看成随工质 流动一起转移的能量。
• 热力学能是工质内部储存能量的唯一形式。
自然界中物质所具有的能量，既不能创造也不能消灭，而只能从一 种能量形态转换为另一种能量形态，转换中能量的总量守恒。
对任何系统，各项能量之间的平衡关系一般可表示为： 进入系统的能量 - 离开系统的能量 =系统储存能量的变化
热力学第一定律： 热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转
02章_热力学第一定律(小结)
B
C p BC p,m (B)
如在该温度区间内有物质发生相变，就要分段积分。
T2
T1
C p dT
19.绝热反应——非等温反应
燃烧和爆炸反应的最高温度
计算恒压燃烧反应最高火焰温度的依据是
Q p ΔH 0
。计算恒容爆炸反应的最高温度的依据是 QV ΔU 0 。
第二章 热力学第一定律△U =Q+W 1.各类过程Q、W 、△U 、 △H的计算
B
B H H
过程的焓变为:
H H H
摩尔相变焓为:
H H m n
H 比相变焓为 h m
几种相态间的互相转化关系如下: 气相 晶型 转变 (trs)
固相
固相
熔化(fus) 凝固
对于宏观过程：
pe dV
W pedV
环境的压力 pe
理想气体等温可逆过程
We
V1 nRT ln V2
自由膨胀pe=0,We=0; 恒容过程dV=0,We=0.
对于恒外压过程：
W pe V
pe const
相变化、化学变化 W=-pe(V2-V1)
若A(L)→A(G) W=-pVG=-nRT
f H m （物质，相态，温度）
稳定相态单质本身的标准摩尔生成焓为零。
r Hm
B f H m (B) B
17.标准摩尔燃烧焓
T,100kPa 1mol物质 B
氧气
完全燃烧反应 规定的燃烧产物
标准摩尔燃烧焓 c H m 燃烧产物规定 C H N S Cl CO2(g) H2O(l) N2(g) SO2(g) HCl(aq)
C p BC p,m (B)
如在该温度区间内有物质发生相变，就要分段积分。
T2
T1
C p dT
19.绝热反应——非等温反应
燃烧和爆炸反应的最高温度
计算恒压燃烧反应最高火焰温度的依据是
Q p ΔH 0
。计算恒容爆炸反应的最高温度的依据是 QV ΔU 0 。
第二章 热力学第一定律△U =Q+W 1.各类过程Q、W 、△U 、 △H的计算
B
B H H
过程的焓变为:
H H H
摩尔相变焓为:
H H m n
H 比相变焓为 h m
几种相态间的互相转化关系如下: 气相 晶型 转变 (trs)
固相
固相
熔化(fus) 凝固
对于宏观过程：
pe dV
W pedV
环境的压力 pe
理想气体等温可逆过程
We
V1 nRT ln V2
自由膨胀pe=0,We=0; 恒容过程dV=0,We=0.
对于恒外压过程：
W pe V
pe const
相变化、化学变化 W=-pe(V2-V1)
若A(L)→A(G) W=-pVG=-nRT
f H m （物质，相态，温度）
稳定相态单质本身的标准摩尔生成焓为零。
r Hm
B f H m (B) B
17.标准摩尔燃烧焓
T,100kPa 1mol物质 B
氧气
完全燃烧反应 规定的燃烧产物
标准摩尔燃烧焓 c H m 燃烧产物规定 C H N S Cl CO2(g) H2O(l) N2(g) SO2(g) HCl(aq)
第02节热力学第一定律
演示与分析一定质量的理想气体等温 压缩过程对应的W、Q、△U的正负
(1)分析一定质量理想气体的等压膨胀过 程对应的W、Q、△U的正负 (2)分析一定质量理想气体等容升压过程 对应的W、Q、△U的正负
二、能量守恒定律与第一类永动机
1、能量守恒定律的内容
能量既不会________，也不会________，它只能从一种形式_____为 ________，或者从一个物体______到_________，在______或_______ 的过程中其总量________。
2、思考问题：第一综合应用】
【例题1】如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置 的汽缸内，活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞 可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时使汽缸水平放置，活塞 与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。外界气 温为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向 上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚 好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求：
第十章 热力学定律
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 广州中学 凌维
问题引入
对于某一个热力学系统而言
1、如果它跟外界不发生热交换，外界对系统做功与内 能变化关系如何？
2、如果它跟外界之间没有做功，系统向外界传热与内 能变化关系如何？
3、W、Q、△U三者都有正负号，其含义是什么。
【问题】一定质量的气体，结过绝热压缩过程，外界对 气体做的功是85J，气体内能如何变化？如果气体体积 不变，气体放热135J，气体内能如何变化？如果外界 对气体做功85J，同时气体放热135J，则这种情况下气 体内能如何变化？变化了多少呢？
（1）当气缸开口缓慢转到向上竖直放置并稳定时，密闭气体此时 的竖直高度？
(1)分析一定质量理想气体的等压膨胀过 程对应的W、Q、△U的正负 (2)分析一定质量理想气体等容升压过程 对应的W、Q、△U的正负
二、能量守恒定律与第一类永动机
1、能量守恒定律的内容
能量既不会________，也不会________，它只能从一种形式_____为 ________，或者从一个物体______到_________，在______或_______ 的过程中其总量________。
2、思考问题：第一综合应用】
【例题1】如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置 的汽缸内，活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞 可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时使汽缸水平放置，活塞 与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。外界气 温为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向 上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚 好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求：
第十章 热力学定律
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 广州中学 凌维
问题引入
对于某一个热力学系统而言
1、如果它跟外界不发生热交换，外界对系统做功与内 能变化关系如何？
2、如果它跟外界之间没有做功，系统向外界传热与内 能变化关系如何？
3、W、Q、△U三者都有正负号，其含义是什么。
【问题】一定质量的气体，结过绝热压缩过程，外界对 气体做的功是85J，气体内能如何变化？如果气体体积 不变，气体放热135J，气体内能如何变化？如果外界 对气体做功85J，同时气体放热135J，则这种情况下气 体内能如何变化？变化了多少呢？
（1）当气缸开口缓慢转到向上竖直放置并稳定时，密闭气体此时 的竖直高度？
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学基本定律之一。
它阐述了能量在物理系统中的守恒原理，即能量不会被创造或消灭，只会在不同形式之间转换或传递。
该定律在许多领域都有广泛的应用，包括工程、物理、化学等。
1. 定律的表述热力学第一定律可从不同的角度进行表述，以下是几种常见的表述方式：1.1 内能变化根据热力学第一定律，一个封闭系统内能的变化等于系统所吸收的热量与系统所做的功的代数和。
数学表达式如下：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表示系统所做的功。
1.2 能量守恒根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被摧毁，只会在不同形式之间传递或转换。
能量的总量在一个封闭系统中保持不变。
2. 系统内能的变化系统内能的变化是热力学第一定律的核心内容之一。
系统内能的变化是由系统吸收或释放的热量以及系统所做的功决定的。
2.1 系统吸收的热量系统吸收的热量指的是系统从外界获得的热能。
当一个热源与系统接触时，能量会以热量的形式从热源传递到系统中。
系统吸收的热量可以引起系统内能的增加。
2.2 系统所做的功系统所做的功指的是系统对外界做的能量转移。
当系统对外界施加力并移动时，能量会以功的形式从系统传递到外界。
系统所做的功可以引起系统内能的减少。
3. 热力学第一定律的应用3.1 工程应用热力学第一定律在工程领域有着广泛的应用。
例如，在能源系统的设计与优化中，需要根据系统的能量转换过程，计算系统的内能变化和热功效率等参数，以提高能源利用效率。
3.2 物理学应用在物理学研究中，热力学第一定律通常用于分析热力学过程中的能量转化。
例如，在热力学循环中，通过计算各个环节的能量转换情况，可以确定工作物质的热效率，从而评估系统的性能。
3.3 化学反应在化学反应中，热力学第一定律对于研究反应的能量变化和平衡状态具有重要意义。
通过计算反应过程中释放或吸收的热量，可以确定反应的放热性或吸热性，并预测反应的发生与否。
【物理化学】2-02热力学第一定律
结论: 当始, 终态确定的条件下, 不 同途径有不同大小的热量.
热是途径函数!
2功 系统与环境间除热量外的另一种能量交换形式 (由微观粒子的有序运动所引起的) 环境对系统作功取“ + ”, 反之取“ － ”
体积功(本节) 功
电功(电化学章) 非体积功
表面功(表面现象章)
dl F (环) = p (环) A
•又要马儿跑, 又要马儿不吃草是不可能的. •将欲取之, 必先与之. •天上不会掉下馅饼. •一份耕耘, 一份收获.
的热“量”(Q), 而不是象状态函数那样的始, 终态
之间的“增量” ( T =T2-T1, Q=Q2-Q1 );
• 一个微小途径对应微小热“量”(dQ), 同时对应
各状态函数的微小“增量”(如 dT, T2 = T1 + dT );
• 上述提醒对“功”同样有效！
我们拥有一个家 名字叫状态函数 兄弟姐妹都很多 但是没有功和热
式中U是状态函数, Q和W是途径函数. 当系统从状态1
变化到状态2, 不同途径Q和W的不同, 但Q + W却与途径无
关.
状态1 U1
QW Q W
状态2 U2 U = U2－U1
Q + W = Q + W = U
5. 热力学第一定律的其它叙述方式
第一类永动机是不能创造的. 内能是系统的状态函数.
…………
T
V
n
p
一定状态的系统 Cp
U
A
HS
G
WQ
H2 1mol, 0℃ 101325Pa
Q=0
Q = 1135J
恒温 热源 0℃
11m01oH3l2,25H0P2℃5a, 15m66o真3lP,空a0℃p环, =0
02第二章 热力学第一定律
LY
J Z _ O A ZH J Z _ O A ZH
A与B热平衡
U N
§2.1.3 热力学方法的局限性
热力学方法是一种演绎的方法，研究对象为大 均行为，不适用于个别分子的行为。
数量分子的集合体，结论具有统计意义，只反映平
不考虑物质的微观结构和反应进行的机理。 “知其然不知其所以然”
Y L
J Z _ O A ZH
第零定律和第三定律的提出，使得热力学理论更加严密。
第零定律：热平衡的互通性，并为温度建立了严格的科学定义。 第一定律：计算变化中的热效应。 第二定律：解决变化的方向及限度，以及相平衡和化学平衡问题。 第三定律：低温定律，阐明了规定熵的数值
LY
用热力学基本原理来研究化学现象以及与化学有关的 物理现象，称为化学热力学。
We.2 pe V pe (V2 V1 )
⑶. 多次等外压膨胀，设为2步
We.3 p V1 pe V2
We Fe dl Fe dl cos
F Fe dl e Adl pe dV A
⑴. 自由膨胀
p1V2
V2
p
p1
p1V1
J Z
p2
V
p
V1
U N
p2V2
V2 V
§2.5.3 可逆过程(reversible process)
某一系统经某一过程，由状态(1)变到状态(2)之后， 如果能使系统和环境都完全复原，即不留校任何痕迹， 这样的过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。(p78)
⑴. We.4和W'e,3：可逆过程；
Y L
强度因素的大小决定了能量的传递方向，而广度因素变化 量则决定了功值的大小。通常系统抵抗外力所作的功可以 表示为：
热力学第一定律
热力学第一定律热力学是一门研究能量转换与传递规律的学科，它主要研究热现象与其他物理现象之间的相互关系。
热力学第一定律，也称作能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和应用。
一、热力学第一定律的概念热力学第一定律是能量守恒定律在热学领域的表述。
它指出：在一个孤立系统中，总能量的变化等于系统所接受的热量与所做的功之和。
这个定律可以用以下公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示系统内能的变化，Q表示系统所接受的热量，W表示系统所做的功。
二、热力学第一定律的应用1. 热力学循环热力学循环是指一系列经历几个步骤的热能转换过程，最后回到初始状态的过程。
根据热力学第一定律，一个理想的热力学循环的净输入输出功为零，即总输入热量等于总输出功。
这一定律被广泛应用于热能转换设备的设计和研究中。
2. 热机效率热机效率是衡量热能转化的性能指标，是指输出功与输入热量之比。
根据热力学第一定律，对于一个正循环热机，其效率可以通过以下公式计算：η = 1 - Qc / Qh其中，η表示热机效率，Qc表示效率造成的能量损失，Qh表示输入的热量。
3. 热力学过程热力学过程是一个系统经历的状态变化过程，根据热力学第一定律，对于一个孤立系统来说，其内能的变化等于系统所接受的热量和所做的功之和。
这一定律不仅适用于准静态过程，也适用于非准静态过程，为热力学过程的分析提供了基础。
4. 热力学平衡热力学平衡是指在一个封闭系统中，各部分之间没有能量的净交换，即系统内外没有能量的流动。
根据热力学第一定律，当一个系统达到热力学平衡时，系统内能的变化为零，即ΔE = 0。
热力学平衡在热力学研究中起着重要的作用。
三、总结热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它描述了系统能量转换与传递的规律。
在热力学循环、热机效率、热力学过程和热力学平衡等方面都有广泛的应用。
热力学第一定律的核心是能量守恒定律，对于热学领域的研究具有重要意义。
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系统
环境
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2012-6-9
系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：
（1）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
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2012-6-9
系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： （2）隔离系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为孤立系统。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。
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2012-6-9
2.功
设系统为理气，完成下列过程有多种不同途径：
（n , p1 , V1 , T )
（n , p2 ,V2 , T )
(1)自由膨胀（free expansion），即气体向真空膨胀 因为 pamb=0 ， p amb V 0 W (2)恒外压膨胀（pamb保持不变）
状态函数（state function）—— 系统的各种性质，它们均 随状态确定而确定。 途径 2 如 T, p, V，n 状态2 (T2，p2) 又如一定量n的理气 V=nRT/P 途径 1 V= f (T, P) T, P是独立变量 推广 X=f (x, y) 状态 1 • 其变化只与始末态有关，与 (T1，p1) 变化途径无关。
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2012-6-9
3.热力学能
热力学能（thermodynamic energy）以前 称为内能（internal energy）,它是指系统内部 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。
热力学能是状态函数，用符号U表示， 它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。 U= U2 -U1
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2012-6-9
3. 焓
焓（enthalpy）的定义式： H = U + pV 为什么要定义焓？ 为了使用方便，因为在等压、不作非体积功的 条件下，∆H= Qp 。Q p 容易测定，从而可求其它热力 学函数的变化值。
焓是状态函数
焓不是能量 守恒定律。
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•系统与环境 •系统的分类 •热力学平衡态 •状态和状态函数 •系统的性质
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2012-6-9
1.系统与环境
系统（System） 在科学研究时必须先确定 研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为系统，亦 称为物系或体系。 环境（surroundings） 与系统密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
2.状态和状态函数
状态（state）—指静止的，系统内部的状态。 也称热力学状态 用各种宏观性质来描述状态 如T，P，V， 等 •热力学用系统所有性质描述系统所处的状态 •状态固定，系统的所有热力学性质也就确定了
例如，理想气体
T，P，V，n
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2012-6-9
2.状态和状态函数
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2012-6-9
4.热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有 的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互
转化，但总的能量不变。
也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 第一定律是人类经验的总结。
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2012-6-9
3.过程和途径
• 系统从一个状态变到另一个状态，称为过程。
• 前一个状态成为始态，后一个状态称为末态。
• 实现这一过程的具体步骤称为途径。
途径 2
状态2
(T2，p2)
途径 1
(T1，p1)
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状态 1
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2012-6-9
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Gas 系统
As
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2012-6-9
2.功
对于宏观过程
W
p amb d V
恒外压过程
W p amb V
注意： • 不论是膨胀还是压缩，体积功都用- pambdV计算 • 只有- pambdV这个量才是体功，pV或Vdp都不是 体积功。 • 特别情形：恒压过程 pamb=p=定值 W = - pdV
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2012-6-9
2.功
体积功
• • • • pamb = external pressure As = piston area dl = displacement dV = As dl = volume change for the gas pamb
dl
• W = - F dl = - pamb As dl = - pamb d (As l) W = - pambdV
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V1, T1
V2, T2 V= V1+V2
T≠ T 1+ T 2
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2012-6-9
热力学平衡态
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（thermal equilibrium） 系统各部分温度相等。 力学平衡（mechanical equilibrium） 系统各部的压力都相等，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。
定义式中焓由U,p,V状态函数组成。
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2012-6-9
系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：
（3）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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2012-6-9
系统分类
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2012-6-9
•热力学能
•热力学第一定律
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2012-6-9
1.热
热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称为 热，用符号Q 表示。 Q的取号： 系统吸热，Q>0； 系统放热，Q<0 。 热不是状态函数，只有系统进行一过程时， 才有热交换。其数值与变化途径有关。 煤含有多少热量，这句话是否正确？
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2012-6-9
热力学平衡态
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： 相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而 改变。 化学平衡（chemical equilibrium ） 反应系统中各物的数量不再随时间而改变。
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2012-6-9
4.热力学第一定律
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 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
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2012-6-9
2. 恒压热
dU = Q pambdV + W ’ 当W ’＝0 ，p = pamb=定值时 Qp= dU ＋ pambdV＝ dU ＋d(pV) = d(U ＋pV) 积分为： Qp = ∆ (U ＋ pV) 定义： H≡ U ＋ pV ， H称为焓（enthalpy） 则 dH= Qp (dp = 0，W ’= 0) 或 ∆H= Qp (dp = 0， W ’= 0)
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2012-6-9
2.功
功（work） 系统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。 功可分为体功W和非体积功W’两大类。 环境对系统作功，W>0； 系统对环境作功，W<0 。 W不是状态函数，其数值与变化途径有关。
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§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
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2012-6-9
第一章 热力学第一定律
§2.10 标准摩尔反应焓的计算 §2.11 节流膨胀与焦尔-汤姆逊效应
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2012-6-9
§2.1 热力学基本概念
几个基本概念：
W
p amb d V
( p dp )dV
V1 V2
V2
pdV
V2
V1
nRT V
d V n R T ln
V1
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
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2012-6-9
2.功
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2012-6-9
3.过程和途径
• 系统变化过程的类型：
（1）单纯 pVT 变化
• 常见过程：
（2）相变化
（3）化学变化
恒温过程
恒压过程 恒容过程 绝热过程 循环过程
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T=T环境=定值
系统
环境
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2012-6-9
系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：
（1）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
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2012-6-9
系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： （2）隔离系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为孤立系统。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。
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2012-6-9
2.功
设系统为理气，完成下列过程有多种不同途径：
（n , p1 , V1 , T )
（n , p2 ,V2 , T )
(1)自由膨胀（free expansion），即气体向真空膨胀 因为 pamb=0 ， p amb V 0 W (2)恒外压膨胀（pamb保持不变）
状态函数（state function）—— 系统的各种性质，它们均 随状态确定而确定。 途径 2 如 T, p, V，n 状态2 (T2，p2) 又如一定量n的理气 V=nRT/P 途径 1 V= f (T, P) T, P是独立变量 推广 X=f (x, y) 状态 1 • 其变化只与始末态有关，与 (T1，p1) 变化途径无关。
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3.热力学能
热力学能（thermodynamic energy）以前 称为内能（internal energy）,它是指系统内部 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。
热力学能是状态函数，用符号U表示， 它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。 U= U2 -U1
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3. 焓
焓（enthalpy）的定义式： H = U + pV 为什么要定义焓？ 为了使用方便，因为在等压、不作非体积功的 条件下，∆H= Qp 。Q p 容易测定，从而可求其它热力 学函数的变化值。
焓是状态函数
焓不是能量 守恒定律。
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•系统与环境 •系统的分类 •热力学平衡态 •状态和状态函数 •系统的性质
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1.系统与环境
系统（System） 在科学研究时必须先确定 研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为系统，亦 称为物系或体系。 环境（surroundings） 与系统密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
2.状态和状态函数
状态（state）—指静止的，系统内部的状态。 也称热力学状态 用各种宏观性质来描述状态 如T，P，V， 等 •热力学用系统所有性质描述系统所处的状态 •状态固定，系统的所有热力学性质也就确定了
例如，理想气体
T，P，V，n
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2.状态和状态函数
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4.热力学第一定律
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有 的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互
转化，但总的能量不变。
也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 第一定律是人类经验的总结。
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3.过程和途径
• 系统从一个状态变到另一个状态，称为过程。
• 前一个状态成为始态，后一个状态称为末态。
• 实现这一过程的具体步骤称为途径。
途径 2
状态2
(T2，p2)
途径 1
(T1，p1)
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状态 1
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Gas 系统
As
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2.功
对于宏观过程
W
p amb d V
恒外压过程
W p amb V
注意： • 不论是膨胀还是压缩，体积功都用- pambdV计算 • 只有- pambdV这个量才是体功，pV或Vdp都不是 体积功。 • 特别情形：恒压过程 pamb=p=定值 W = - pdV
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2.功
体积功
• • • • pamb = external pressure As = piston area dl = displacement dV = As dl = volume change for the gas pamb
dl
• W = - F dl = - pamb As dl = - pamb d (As l) W = - pambdV
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V1, T1
V2, T2 V= V1+V2
T≠ T 1+ T 2
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热力学平衡态
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（thermal equilibrium） 系统各部分温度相等。 力学平衡（mechanical equilibrium） 系统各部的压力都相等，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。
定义式中焓由U,p,V状态函数组成。
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系统分类
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：
（3）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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系统分类
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•热力学能
•热力学第一定律
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1.热
热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称为 热，用符号Q 表示。 Q的取号： 系统吸热，Q>0； 系统放热，Q<0 。 热不是状态函数，只有系统进行一过程时， 才有热交换。其数值与变化途径有关。 煤含有多少热量，这句话是否正确？
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热力学平衡态
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： 相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而 改变。 化学平衡（chemical equilibrium ） 反应系统中各物的数量不再随时间而改变。
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4.热力学第一定律
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 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
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2. 恒压热
dU = Q pambdV + W ’ 当W ’＝0 ，p = pamb=定值时 Qp= dU ＋ pambdV＝ dU ＋d(pV) = d(U ＋pV) 积分为： Qp = ∆ (U ＋ pV) 定义： H≡ U ＋ pV ， H称为焓（enthalpy） 则 dH= Qp (dp = 0，W ’= 0) 或 ∆H= Qp (dp = 0， W ’= 0)
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2.功
功（work） 系统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。 功可分为体功W和非体积功W’两大类。 环境对系统作功，W>0； 系统对环境作功，W<0 。 W不是状态函数，其数值与变化途径有关。
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§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
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第一章 热力学第一定律
§2.10 标准摩尔反应焓的计算 §2.11 节流膨胀与焦尔-汤姆逊效应
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§2.1 热力学基本概念
几个基本概念：
W
p amb d V
( p dp )dV
V1 V2
V2
pdV
V2
V1
nRT V
d V n R T ln
V1
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
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2.功
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3.过程和途径
• 系统变化过程的类型：
（1）单纯 pVT 变化
• 常见过程：
（2）相变化
（3）化学变化
恒温过程
恒压过程 恒容过程 绝热过程 循环过程
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T=T环境=定值