第12讲：热力学问题
热力学第一二定律
热力学第一二定律热力学是物理学的一个分支，研究能量的转化和能量之间的关系。
其中，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。
本文将详细介绍热力学第一定律和热力学第二定律的概念和应用。
热力学第一定律，又称能量守恒定律，表明能量在物理过程中的转化是守恒的。
简单来说，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。
热力学第一定律的数学表达式为：∆U = Q - W其中，∆U代表系统内能量的变化，Q代表从外界传递给系统的热量，W代表系统对外界做的功。
根据热力学第一定律，一个封闭系统的内能变化等于系统所吸收的热量减去系统所做的功。
热力学第一定律的一个重要应用是热机效率的计算。
根据热力学第一定律，热机工作时，吸收的热量用来产生功和增加系统内能。
热机效率定义为输出功与吸收热量的比值，数学表达式为：η = W/Qh其中，η代表热机效率，W代表输出功，Qh代表吸收的热量。
根据热力学第一定律和热机效率的定义，可以计算出热机的效率。
热力学第二定律是指自然界中热量只能从高温物体传递到低温物体的方向性规律。
热能不可能自发地从低温物体传递到高温物体，这是因为熵增加的原因。
熵是一个衡量系统无序程度的物理量，也可以理解为系统的混乱程度。
热力学第二定律可以用多种方式表达，常见的表达方式之一是克劳修斯表达式：ΔS ≥ Q/T其中，ΔS代表系统的熵变，Q代表系统吸收的热量，T代表系统的温度。
根据热力学第二定律，系统的熵在吸收热量的情况下只能增加或者不变，但绝不会减少。
热力学第二定律的应用之一是热力学循环的研究。
热力学循环是指热机、制冷机等设备在工作中所经历的一系列热量和功的转化过程。
根据热力学第二定律，热力学循环的效率不可能达到100%，存在一个理论上的极限值，即卡诺循环效率。
卡诺循环效率由热机工作温度的比值决定，只有在温度无限接近的情况下，热机的效率才能无限接近卡诺循环效率。
总结起来，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。
FundamentalsofEngineeringThermodynamics第八版教学设计 (2)
Fundamentals of Engineering Thermodynamics 第八版教学设计课程简介本课程为大学全日制本科生工程热力学基础课程，主要介绍热力学原理、状态方程、热力学过程、热力学第一定律和第二定律等基本知识，以及应用热力学的各种方法和技术。
教材为《Fundamentals of Engineering Thermodynamics》第八版，作者为Michael J. Moran、Howard N. Shapiro、Dsie D. Boettner和Margaret B. Bley。
其目的是帮助学生掌握基本的热力学概念，发展其分析和解决实际工程问题的能力。
教学目标1.掌握基本的热力学概念，包括热力学原理、状态方程、热力学过程、热力学第一定律和第二定律等；2.熟悉应用热力学的各种方法和技术，包括汽车轮机、船舶、建筑、发电厂等；3.提高学生分析和解决实际工程问题的能力，培养其工程实践能力。
教学内容第一章热力学基本概念1.热力学的定义和分支学科2.宏观和微观热力学3.系统和控制体4.热气体状态方程第二章热力学第一定律1.热力学第一定律的描述和应用2.热力学内能和焓的概念3.工作和热交换系统第三章热力学第二定律1.热量不能完全转化为工作的原因2.热力学温标和热力学效率3.可逆和不可逆过程第四章热循环技术1.热力学循环过程2.循环效率和制冷效率3.汽车轮机、船舶和飞机发动机的循环过程第五章恒稳过程热力学基本方程1.恒稳过程和能量方程2.热力学性质的测量3.热力学基本方程的应用第六章热力学方程的分析方法1.热力学基本方程的变形2.物性数据的方程形式3.热力学过程的合成和分解第七章多组分介质热力学1.多组分和多相介质的特性2.辅助热力学函数3.化学反应和相平衡教学方法1.理论讲授：通过讲授热力学基本理论和公式等，让学生了解和掌握基本热力学知识。
2.实验探究: 基于热力学知识，进行多组分和多相介质等实验，教会学生运用实验方法检测分析物质特性。
热力学概论精品PPT课件
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度。
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2020/10/31
热力学的方法和局限性
热力学方法 •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。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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2020/10/31
状态方程
体系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体系，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：
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
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2020/10/31
热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
热平衡（thermal equilibrium） 体系各部分温度相等。
力学平衡（mechanical equilibrium） 体系各部的压力都相等，边界不再移动。
环境（surroundings）
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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2020/10/31
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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江苏高中化学竞赛教练员培训资料讲座-第十二讲-化学平衡
( r Gm )T , p 0
反应自发地向左进行，不可能自发 向右进行 反应达到平衡， 此时正逆方向上反应的速率相等。
2018/12/19
化学反应进行的方向：
r Gm < 0 （等温、等压、不做非体积功条件下）。
化学衡：
r Gm ＝ 0；正逆方向上反应的速率相等。
B
Kc
是一个有量纲的物理量，且仅与温度有关。
2018/12/19
(3)物质的量分数平衡常数
Ky
K y y B ,eq
B
nB
nB p B Kp Ky p
可见，
K y 是一个无量纲的物理量，
且与温度、压力有关。
2018/12/19
(4)物质的量平衡常数 K n
2018/12/19
若： < 0,反应可正向自发进行; K p > Q p, 则 r G m
K p = Q p , 则 r Gm = 0,反应处于平衡状态; Kp
<
Qp ,
则 r Gm > 0,反应可逆向自发进行.
2018/12/19
f Gm
标准生成吉布斯自由能
在标准压力下，由稳定单质生成1 mol化合物时吉 布斯自由能的变化值，称为该化合物的标准生 成吉布斯自由能
2018/12/19
三．理想气体反应等温方程式和反应的平衡常数
1．等温下的理想气体反应
0 n B( pg )
B B
r Gm r Gm RT ln Qp
此即理想气体化学反应等温方程式。
2018/12/19
r Gm
大学热学第十二讲 绝热过程PPT课件
p1V1
Aa
U2
U1CV,m(T2T1)
R 1
(T2
T1)
C p,m CV ,m R C p,m CV ,m
CV ,m
R
1
C p,m
1
R
四. 绝热过程 1.特点：
Q =0 pV = C
2.图示： 3.TFL: AU
4. 理想气体准静态绝热过程方程 5.理想气体绝热过程中的功
6. 理想气体的绝热过程的热容量
凹函数
P’’>0
p0
(2) -1次和-次双曲函数的关系
V0
仅有一个交点(V0，p0)！
(2) 等温线和绝热线的关系 仅有一个交点(V0 ，p0)！
从物理上看: 由交点V0继续压缩气体，体积变化 V
p ?
等温过程：Vn,T p
p
绝热过程： Vn,T p
p S p
T
V v0
绝热过程曲线变化速 度更快，更陡峭！
说明绝热线 要比等温线 陡。
p V
T
p V
p V
T
p V
p V
s
p
V
4.理想气体准静态绝热过程方程
思考题： . 理想气体的自由膨胀过程: 初末态温度不变，是一个等温过程，又来不及与 外界交换热量，是一个绝热过程，则：
pV C1 pV C2
该热力学过程的方程？
四. 绝热过程
V2 V1
V1 dV
p1V1
1
V21
V11
p1 V1 1V11V21V11
p1V1
1
V1 V2
1
1
Aa
p1V1
1VV12Fra bibliotek1 1
热力学与热平衡
热力学与热平衡热力学是研究物体热现象与能量转化规律的科学，它与自然界中的热平衡密切相关。
热平衡是指当物体间无能量交换或能量交换达到平衡时，物体间的温度保持恒定的状态。
本文将从热力学的概念、热力学定律以及热平衡的含义和应用等方面进行论述。
一、热力学概述热力学是研究热现象与能量转化规律的一门学科，它研究物质的热力现象、热力平衡以及能量转化等规律。
热力学是一门极其重要的学科，对于了解自然界中的能量变换和守恒至关重要。
二、热力学定律热力学定律是热力学研究中的基础定律，它们对于分析热平衡状态以及能量转化具有重要的指导意义。
热力学定律主要包括以下几条：1. 热力学第一定律：能量守恒定律热力学第一定律表明能量在物体间的转换是按照一定的规律进行的。
能量可以从一个物体转移到另一个物体，但总能量守恒。
这个定律在能量转移与热平衡中起着重要的作用。
2. 热力学第二定律：熵增定律热力学第二定律是热力学中一个重要的定律，也称为熵增定律。
它说明自然界中的某些现象是不可逆的，系统的熵会不断增加。
熵是系统无序程度的度量，热力学第二定律对于研究能量转化的方向和过程具有重要的指导作用。
三、热平衡的含义和应用热平衡是指物体间无能量交换或能量交换达到平衡时，物体间的温度保持恒定的状态。
热平衡是热力学的重要概念，它在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。
热平衡的含义：在一个封闭系统中，当物体间无能量交换或能量交换达到平衡时，物体间的温度保持恒定，称为热平衡。
在热平衡状态下，物体内部的能量转换和交换均达到平衡状态。
热平衡的应用：1. 热力学实验设计在进行热力学实验时，热平衡是一个重要的考虑因素。
为了确保实验的准确性和可重复性，需要将系统中各个物体达到热平衡状态，以消除外界干扰和温度梯度对实验结果的影响。
2. 工业生产与能源利用在工业生产和能源利用过程中，热平衡的控制对于提高能量利用效率和降低能量损失具有重要意义。
通过优化热平衡状态，可以减少系统的能量损耗，提高生产效率。
热力学基础知识讲解共37页文档
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
2021版江苏高考物理一轮复习讲义：第12章 第3节 热力学定律与能量守恒定律 Word版含答案
第3节热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递。
2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
(3)正、负号法则：1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
2．条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。
3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。
三、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。
2．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。
(√)(2)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。
(×)(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。
(√)(4)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。
(×)(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。
(×)(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。
(√) 2．(人教版选修3－3P61T2)(多选)下列现象中能够发生的是()A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体CD[由热力学第二定律可知，一切自发进行与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，A错误；热机的工作效率不可能达到100%，B错误；泥沙下沉，系统的重力势能减少，没有违背热力学第二定律，C正确；冰箱通过压缩机的工作，把热量从低温物体传到高温物体，该过程消耗了电能，没有违背热力学第二定律，D正确。
热学(基础物理课堂讲稿下第十二讲)
当SB=klnΩ中系数k=kB(玻尔兹曼系数)时,SC与SB完全等价
即
dB S dC S , S BS C
严格证明参见汪志诚编《热力学.统计物理》p213
下面举孤立系统的自由膨胀过程为例说明：
箱分成两等份格子：
※箱内有两个分子a、b可能位置如表:
AB
AB
① ab
微观态数： 22 个
②a ③b
0
b a
第四章 热力学第一定律
应用---从微观层次上解释宏观现象 自由膨胀、气体混合、扩散等不可逆过程都是 微观态数少的宏观态→微观态数多的宏观态过渡
功热转换不可逆过程是 有序的作功运动→无序的热运动: 可全部转换 无序的热运动→有序的作功运动: 不可全部转换
热力学第二定律的微观本质： 有序向无序过渡可自发进行 无序向有序过渡不可自发进行
Ω:确定一事物所需要的因素数 Pi：第i个因素出现的概率
显然，S越大，越缺乏信息。
获信息后事物的信息熵 获信息前事物的信息熵
获得信息量为I表示为：I S (S 2 S 1)
∴ I越大,获得的信息量越多,从而事物信息熵S越小,越确定事物。
第四章 热力学第一定律
§5.5 热力学第二定律的应用举例
★ 卡诺定理及其证明 ★ 热力学温标的建立
12
0 3④
※箱内有四个分子 a,b,c,d
1
2
3
微观态数： 4 5
24个
6
7
=16
8 9
10
11
12
13
14
15
16
A
abcd
abc abd bcd bcd
ab cd ac bd ad bc
a b c d
热工复习题讲解
复习题1一、填空题1．热力学中常用的状态参数有、、、、等。
2．相对压力包括和，它们都不能作为工质的状态参数。
3．准平衡过程中，热力系所经历的每一状态都可视为状态。
4．工质节流前后的焓值。
5．动力机械对外输出的轴功等于工质的焓的（升高、降低）。
6．蒸汽动力装置中的水蒸气及制冷系统中的制冷剂蒸气（可、不可）视为理想气体。
7．工质经过一系列状态变化后，又回复到原来状态的全部过程称为。
根据其产生效果的不同，可分为和。
8．定压过程中理想气体的比体积与热力学温度成（正比、反比）。
9．水蒸气的定压发生过程经历了未饱和水、、、和过热蒸汽等五种状态变化。
10．湿空气分为和。
如果湿空气中所含的水蒸气为干饱和蒸汽，则此湿空气为。
11．气体的黏度随温度升高而；当其压力变化范围较大时，要考虑压力变化的影响。
12．流体在圆管内作湍流流动时，虽然很薄，但它的存在对管壁的粗糙的扰动和传热性能有重大影响。
13．若管路中的流体能量损失是以沿程损失为主，局部损失占流体总能量损失的比重很小，可以忽略不计，这样的管路称为。
14．并联管路中，阻抗越大的支路，流量越；阻抗越小的支路，流量越。
15．热量传递有、和三种基本方式，工程中诸多传热过程往往是三种基本传热方式的综合结果。
二、选择题16．绝热热力系是指。
A、系统与外界无热量交换B、系统与外界无功量交换C、系统与外界无质量交换D、系统与外界无任何交换17．与60℃相对应的热力学温度为。
A、－213K B、213K C、333K D、233K 18．下列不是工质的状态参数的是。
A、焓B、热量C、热力学能D、体积19．某卡诺循环的高温热源温度为80℃，低温热源温度为20℃，则此热机循环的热效率为。
A、4.88B、－4.88C、0.75D、－0.7520．实际气体绝热节流过程之后，温度变化为。
A、降低B、升高C、不变D、不一定21．实际流体由于有，在流动时就会产生阻力。
A、摩擦B、粘性C、损失D、能量22．当温度t升高时，湿空气的焓h将。
12第12讲狭义相对论
经典物理与近代物理的主要区别
经典物理 时代：19世纪以前 对象：低速运动 宏观物体 特征：绝对时空观
（伽利略变换）
内容
近典物理 时代：20世纪 对象：高速运动 微观物体 特征：相对时空观
（洛伦兹略变换） 相对论： 狭义相对论
实验：由图看出：
V 2 (1016 m2 / s2 )
电子的速度在 3 108 m / s 9
附近有一上限。
6
理论
按牛顿理论，
3
实验
F ma 0 at
0 1 2 34
EK (MeV)
t 时， v 电子的速度不应有上限
经典牛顿力学不能解释实验现象—困难
2、光速的数值
3、经典动力学特征 1）物体质量不随运动变化。即质量与运动速度无
关，经典的质量是常数—绝对质量
2）力学相对性原理
牛顿力学的规律在任何惯性系都具有相 同的形式.
由伽利略变换 a a '
F ma
F
'
m'
a'
或者说牛顿第二定律在伽利略变换下形式不变。
牛顿力学相对性原理：在所有惯性系中所有力学规律相同。
S y S y
u 反射镜
ut
如.(P、Q 两事件而言) P：发射无线电波； Q：接收无线电波
o o z z
P Q x x
S系：发生在 t1、t2时刻 S 系：发生在 t1、t2 时刻
由伽利略变换 t t
S系--t t2 t1 t2 t1 t-- S系
由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现 象进行的深入而系统的研究，为电动力学奠定 了坚实的基础，特别是由麦克斯韦的电磁场方 程组预言了电磁波的存在，随即被赫兹的实验 所证实。
热力学问答题
第二章习题解答一、问答题：2-1为什么要研究流体的pVT 关系？【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。
（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。
（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。
只要有了p-V-T 关系加上理想气体的id p C ，可以解决化工热力学的大多数问题。
2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。
【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。
2）临界点C 的数学特征：3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线；4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。
5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。
6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。
7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。
2-3 要满足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。
2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。
真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。
2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。
其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。
为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。
偏心因子不可以直接测量。
偏心因子ω的定义为：000.1)p lg(7.0T s r r --==ω ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。
工程热力学第12讲-第7章-1热力学基本关系式、稀溶液
从公式(2)，(4)导出
U H T ( )V ( )p S S U A p ( ) S ( )T V V H G V ( ) S ( )T p p
从公式(3)，(4)导出
A G S ( )V ( ) p T T
Maxwell 关系式
或
(G)T , p,W 0
等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程
自由焓判据： 自发变化总是朝着自由焓减少的方向进行。
自由焓判据
定温定压系统 可用自由焓变G 判断反应的自发性
GT , P 0
自发
GT , P 0
GT , P 0
平衡
非自发
GT , P W '
'
代入不等式中
dU P外dV W ' dS T
'
则 TdS dU P外 dV W
第一定律和第二定律的联合表达式
亥姆霍兹自由能A的引出
定温定容体系
定温 联合表达式
TdS d（TS）
定容
dV 0
'
则 TdS dU P外 dV W
d (TS ) dU W
所以
压力的变化值。
H ( )T 值，即等温时焓随 只要知道气体的状态方程，就可求得 p
H V ( )T V T ( ) p p T
Maxwell 关系式的应用二
例1 证明理想气体的焓只是温度的函数。
所以，理想气体的热力学能只是温度的函数。
Maxwell 关系式的应用一
U 例2 利用 ( )T 的关系式，可以求出气体在状 V 态变化时的 U 值。设某气体从P1,V1,T1至P2,V2,T2，
热力学三大定律精讲
热力学三大定律精讲热力学是物理学的一个重要分支，主要研究系统的热能与其他形式能量之间的转化关系及其物质的性质。
热力学定律是这一领域的基础，其核心内容由三条基本定律构成，分别为热力学第一定律、第二定律和第三定律。
本文将详细解析这三大定律的核心概念、公式及其在实际应用中的重要性。
热力学第一定律热力学第一定律又称能量守恒定律，它的核心思想是：在一个孤立系统中，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。
该定律可以用以下公式表示：[ U = Q - W ]其中： - ( U )：系统内能的变化 - ( Q )：系统吸收的热量 - ( W )：系统对外界所做的功内能内能（Internal Energy）是指系统中所有微观粒子的总热运动能量，包括分子震动、转动和振动等。
它是与温度、体积和压强等状态变量密切相关的。
应用实例在实际应用中，热力学第一定律可以用来指导很多工程、化工和物理现象。
例如，在热机的运行中，燃料燃烧产生的化学能转化为机械能，这一过程遵循了第一定律。
热机效率效率（Efficiency）是用来描述热机性能的重要指标。
理论上，一个理想热机所能达到的最大效率可以通过卡诺循环计算得出：[ = 1 - ]其中： - ( T_h )：高温侧的绝对温度 - ( T_c )：低温侧的绝对温度如果我们将效率引入到第一定律中，就能了解到实际工作中的损耗及改进空间，为提高热机工作的有效性提供指导。
热力学第二定律热力学第二定律强调了不可逆过程和熵增原则。
根据该定律，孤立系统中的熵总是趋于增加，即自然过程具有单向性。
常见的表述方式之一为“热量自发地从高温物体流向低温物体，而不是相反”。
熵熵（Entropy）是一种度量系统混乱程度或信息丧失程度的重要物理量，符号通常用 S 表示。
熵在热力学中的重要性主要体现在以下几点： - 它提供了一种新的研究能源转化的方法。
- 它有助于判断过程中方向性的高低（自发过程往往伴随熵增）。
状态函数法
1、了解热力学的一些基本概念，如系统、环境、功、热、 状态函数、过程和途径等。
2、明确热力学第一定律和热力学能的概念。熟知功与热正 负号的取号惯例及各种过程中功与热的计算。
3、明确准静态过程与可逆过程的概念。
4、熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、 绝热等过程中的U，H，Q和W。
相（phase)-----系统内物理性质及化学性质完全均匀的一 部分称为一相。
2019/12/13
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四、状态函数(state function) 1. 状态的描述
同一个系统可处于各种不同的平衡状态 怎样描述系统的状态？三要素：
a.化学成分：系统中含有什么物质 b.物理状态：固态（s）、液态（l）、气态（g)
隔离系统
无能量交换
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二、系统的性质（热力学变量） 热力学性质：
系统的宏观物理性质和 化学性质的总称
宏观物理化学性质：温度、压力、体积、质量等
微观物理化学性质：键长、键角、偶极距等
不是系统的热力学性质
2019/12/13
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1、广度性质(extensive property)
2019/12/13
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2. 状态变化及其描述
一种热力学平衡态
另一种平衡态
始态
终态
平衡态热力学不要求状态变化过程中系统始终处于平衡态
平衡态热力学只关注始态和终态，不关注变化的具体路线
2019/12/13
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12相变热力学热力学与动力学讲解
其中，H为发生相变时的热效应，称相变潜热。所以有
H S Tm m m
T与Tm相差不大，有HHm， SSm，任意温度T某成分合金的 相变驱动力为 G H TS H m TS m H m (1 T ) Tm T <Tm时，因Hm <0，所以G <0 ，此时将发生相变，当T >Tm时， G >0，即G<0，将发生相变。
第12章 相变热力学
• 相变分类 • 相变驱动力与新相的形成 • 固溶体的分解
• 析出相的表面张力效应
相变分类
按热力学分类
在平衡相变温度下，溶体中任意两相的自由焓以及某组元化学位均相等，即G=G， Gi=Gi（i =i）。可以将相变按两相的自由焓或化学位的偏导的关系来分类。
如果相变时两相自由焓的一级偏导不等，则称此相变为一级相变。即
如果相变时自由焓的一级偏导相等，但是二级偏导不等，则称此相变为二级相变
所以 而 (
G G ( )T ( )T p p V V
G G ( )p ( )p T T S S
所以 p p
2G V 2G 2G ( ) ( )T p V ) ( ) T T T 因为 p p 2 p 2 p 2
当溶体处于Tm以下某一温度T时，G与GV和GS的关系如图所示。 虽然在形成新相之前，母相中存在大量新相晶胚，但是这些晶胚能否成为 新相的晶核，还要看晶胚尺寸的大小。当晶胚尺寸大于r*时，晶胚的继续 长大将使自由能变化值不断减小，而成为稳定的新相晶核。当晶胚尺寸小 于r*时，晶胚的继续长大将使自由能变化G值增加（为正），晶胚变得 不稳定，而存在逐渐减小直至消失的趋势。所以称r*为临界晶核尺寸。 由于r对应着G极大值G*的位置，因此有
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《精品冲刺课程》第12讲：热力学问题主讲教师：刘新斌第1单元 分 子 运 动 的 三 条 理 论Ⅰ物 质 的 构 成 一、物质是由大量分子构成的分子是具有各种物质的化学性质的最小微粒，在热学中，原子、离子、分子这些微粒做热运动时，遵从相同的规律，所以，统称为“分子”二、分子的大小：直径的数量级 10 －10 m 1、 单分子油膜法粗测：svd =（1）单层（2）球形（3）空隙 1+1≠2 2、离子显微镜 （200万倍）3、扫描隧道显微镜（几亿倍） 三、几个常用的等式mM v V N A ==即：分子质量摩尔质量＝分子占有体积摩尔体积阿佛加德罗常数＝阿佛加德罗常数——1摩尔的任何物质所含的微粒数相同N A = 6.02×10 23 mol－12、 分子的个数 = 摩尔数 ×阿伏加德罗常数3、 VM ＝ρ 估 算 练 习一、将1摩尔的油酸溶于酒精，制成200毫升的溶液。
已知1毫升的溶液有50滴，取1滴滴在水面上，在水面上形成0.2平方米的油膜，估算油酸分子的直径解：1 cm 3的溶液中，酒精溶于水后，油酸体积V 0 ＝1/200 cm 3 ＝1/200×10－6m 31滴溶液中，油酸体积v ＝V o /50,得油酸分子直径为d ＝ v / s ＝5×10－10米 注：酒精的作用 （1）、提高扩散速度 （2）、油膜面积不致于很大，易于测量二、10克的氧气，在标准状况下（0 ℃，1 atm ）（1）、含有多少个氧气分子=⇒⨯n n 101002.63223＝（2）、占有多大体积 =⇒⨯v v 10104.22323＝－ 三、估算标准状况下，气体分子和水分子的间距1、 气体mv r v 93233103.31002.6104.22－－距体，其边长就是分子间把这个体积看成小立方＝⨯==⨯⨯=水r2、 同理，水的摩尔体积v ＝18×10－3103233101.31002.61018－－＝⨯⨯⨯=r 注：1、比较间距的大小2、边长＝间距3、水还可以看成球形模型v ＝4 π r 3 / 3四、空气的摩尔质量m ＝29×10 －3 kg / mol ， 当V ＝45 m 3时，求：气体的质量M ＝？解：kg M M 3.58451029104.2233=⇒⨯⨯＝－－Ⅱ分 子 无 规 则 运 动（热运动） 的 实 验 证 明一 、扩散：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象意义：分子永不停息的做无规则的运动，而且温度越高，扩散越快。
固体、液体也有扩散现象二、布朗运动1827年（英）布朗首先用显微镜观察水中的花粉时发现的，称为布朗运动。
1、运动是无规则的2、颗粒体积越小越明显，质量越小越明显3、温度越高越明显4、气体中没有布朗运动原因 ——颗粒足够小时，来自各方向受到液体分子的撞击作用是不平衡的，颗粒越小，分子数越少，不平衡性越显著三、布朗运动与扩散的异同1、 是颗粒还是分子2、 是直接还是间接反映分子的运动3、 成因是相同的，都是分子的无规则运动引起的 练习1、 空气中漂浮的灰尘的运动是不是布朗运动否：（1）、与颗粒大小有关 颗粒直径10 －6米 （2）、空气的流动 2、 物体运动的速度越大，布朗运动越显著（×）Ⅲ 分 子 间 的 相 互 作 用 力1、 哪些现象说明分子间有空隙？扩散、布朗运动、教材彩图（石墨原子）酒精和水相混合1+1≠22、 为什么分子不能紧贴在一起？——分子间有斥力3、 为什么有空隙还能形成固体和液体？——分子间有引力4、 分子间的引力和斥力如何变化？引力和斥力同时存在，半径r 增加，引力和斥力同时减小，斥力减小的快，半径r 减小，引力和斥力同时增加，斥力增加的快5、 分子力何时表现出引力、斥力？分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：①r <r 0时表现为斥力；②r=r 0时分子力为零；③r >r 0时表现为引力；④r >10r 0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。
对比弹簧振子的振动（类似）6、从本质上来说，分子力是电场力的表现。
因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。
（也就是说分子力的本质是四种基本基本相互作用中的电磁相互作用）。
练习：1、 为什么物体可以被压缩，但又不能无限的被压缩？2、 为什么气体容易被压缩，而固体和液体不容易被压缩？3、 既然分子间有引力，那么打碎的玻璃为什么不能靠引力粘合在一起？第2单元 物体的内能和热力学定律一、温度的宏观和微观意义是什么？如何理解？分子的无规则运动特点是多、快、乱、变，中间多，两头少，在热现象中，关心的是多个分子，而不是单个分子。
（1）、分子的平均动能――所有分子的动能的平均值 m ～10 －26 kg v ＝10 5 m / s （2）、温度：宏观――表示物体的冷热程度， 微观――是物体平均动能的标志 （3）、温度相同，平均动能就相同，不论物体组成、结构、种类和物态 (无论如何)二、什么是分子势能？分子势能与什么有关？ （1）、由于分子间存在着相互作用的引力和斥力而具有的与其相对位置有关的能量，叫做分子势能。
（2）、微观――与相对位置有关， 宏观――与体积有关。
三、什么是物体的内能，它与什么有关？1、 所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能，也叫热力学能 2、 与温度T 、体积V 和分子个数N 有关 3、 一切物体都具有内能r ＝10 r 0四、内能和机械能又什么区别？1、 宏观物体的机械运动对应机械能。
机械能可以为零。
2、 微观物体对应内能。
内能不可以为零。
3、 内能和机械能之间可以相互转化。
五、做功改变物体的内能1、 物体做功，物体内能增加2、 对外做功，物体内能减小3、 做多少功，改变多少内能六、热传递改变物体的内能1、 外界向物体传递热量（吸热），物体的内能增加2、 物体向外界传递热量（放热），物体的内能减小3、 传递多少热量，内能就改变多少。
能量的转移七、做功和热传递的实质1、 做功改变内能，是能量的转化，用功的数值来度量2、 热传递改变内能，是能量的转移，用热量来度量。
能量的转化。
八、做功和热传递的等效性——做功和热传递在改变内能上是等效的。
例如：使物体升高温度，可以用热传递的方法，也可以用做功的方法，得到的结果是相同的，如果事先不知道，我们无法知道它是通过哪种途径改变的内能。
1 cal ＝4.2 J 1 J ＝0.24 cal九、区分内能、热量和温度热量是在热传递的过程中转移的内能，它只有在转移的过程中才有意义，热传递使物体的温度改变。
温度不同是热传递的条件（类比：云――雨――水）例如：两物体温度不同相接触，热量从高温物体相低温物体传递，高温物体内能减少，温度降低，低温物体内能增加，温度升高。
十、理想气体：（1）分子间无相互作用力，分子势能为零； （2）一定质量的理想气体的内能只与温度有关。
（3）在温度不太低、压强不太大（常温常压）的条件下，实际气体可以近似为理想气体。
练习1、 物体平均速度大的物体的温度高（×）2、 20℃的水和20℃的铜的平均动能相同（√）3、 体积变大，内能变大（×）4、 温度升高，所有的分子的平均动能都变大（×）5、 同温度的水和氢气相比，氢气的平均速度大（√） 十一、热力学第一定律——△U ＝ Q ＋ W 1、表示内能的改变、做功、热传递之间的关系2、第一类永动机——不消耗能量，持续对外做功（违反能量守恒定律，不能制成）【例】下列说法中正确的是A.物体吸热后温度一定升高B.物体温度升高一定是因为吸收了热量C.0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变D.100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大解析：吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A不正确。
做功也可以使物体温度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝，弯曲点铁丝的温度会明显升高，这是做功增加了物体的内能，使温度上升，所以B不正确。
冰化为水时要吸热，内能中的分子动能不变，但分子势能增加，因此内能增加，所以C不正确。
水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增加，所以内能增大，D正确。
例1、如图示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于X轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为X轴上四个特定的位置。
现把乙分子从a处由静止释放，则（）A、乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动B、乙分子从a到c做加速运动，到达c时速度最大C、乙分子从a到b的过程中，两分子的分子势能一直增加D、乙分子从b到d的过程中，两分子的分子势能一直增加分析：乙分子从a到b、c、d的运动过程中，先是分子的引力作用，加速度的方向跟运动方向一致，所以加速运动，到达c位置时，分子力等于零，加速度也就等于零，运动的速度是最大。
从c再到d运动时，分子力为斥力，加速度的方向跟运动的方向相反，速度减小。
通过分子力做功情况判断两分子的势能如何变化。
（略）例2、如图示，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。
A、B的底部带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。
原先A中水面比B中水面高，打开阀门K后，A中的水向B中流，最后达到平衡，这个过程中（）A、大气压力对水做功，水的内能增加B、水克服大气压力做功，水的内能减小C、大气压力对水不做功，水的内能不变D、大气压力对水不做功，水的内能增加分析：设大气压为P，A、B活塞的表面积分别为S1和S2，打开阀门后A容器中的水流到B容器中，A容器中的水面下降h1，B容器中的水面上升h2，根据压强与压力的关系及水的流动体积不变的原理，可以推导出，大气压力对A 、B 两活塞做功的代数和等于零。
但是水的重力势能发生了变化，水的重力势能变了，根据能量守恒定律可知，水减小的机械能将转化为水的内能。
例3、一颗质量为10g 的子弹以400m/s 的速度水平射入置于光滑水平桌面上的质量为1kg 的木块后又从木块中穿出，木块从桌边滑出后着地点与桌边的水平距离为1．4m ，已知桌面高为０．8m ，取g=10m/s 2,设子弹射穿木块过程中系统损失的机械能全部转化为系统的内能，求在这一过程中系统内能的增加量。
分析：运用能量守恒观点求解。
（略） 十二、热 力 学 第 二 定 律1、 第一种表述：如果没有其他变化，不可能使热量由低温物体传到高温物体。
(克劳修斯表述) (其他变化――是指从单一热源吸热并把它用来做功以外的任何变化。