热力学
热力学
（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。
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：
（2）封闭体系（closed system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。
功与过程
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中 克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。 1.自由膨胀（free expansion） δ We,1 pe dV 0 因为 pe 0 2.等外压膨胀（pe保持不变）
We,2 pe (V2 V1 )
体系所作的功如阴影面积所示。
第一定律的数学表达式 U = Q + W
对微小变化： dU =Q +W 因为热力学能是状态函数，数学上具有全微 分性质，微小变化可用dU表示；Q和W不是状态 函数，微小变化用表示，以示区别。 也可用U = Q - W表示，两种表达式完全等 效，只是W的取号不同。用该式表示的W的取号 为：环境对体系作功， W<0 ；体系对环境作功， W>0 。
第一定律的文字表述
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
败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。
环境对体系作功，W>0； 体系对环境作功，W<0 。
热力学基础知识
热力学基础知识热力学是一门研究能量转化与传递的学科，是自然科学的基础。
热力学的概念源于研究热与功之间的相互转化关系，以及能量在物质之间的传递过程。
本文将通过介绍热力学的基本概念、热力学定律和热力学过程，帮助读者了解热力学的基础知识。
1. 热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观体系，即指由大量微观粒子组成的物质系统。
热力学通过对体系的宏观性质进行观察和测量，来揭示物质和能量之间的关系。
热力学的基本概念包括系统、热、功、状态函数等。
系统是热力学研究的对象，可以是孤立系统、封闭系统或开放系统。
孤立系统与外界不进行物质和能量交换，封闭系统与外界可以进行能量交换但不进行物质交换，开放系统则可以进行物质和能量的交换。
热是能量的一种传递方式，是由高温物体向低温物体传递的能量。
热的传递方式有导热、对流和辐射。
功是对系统做的物质微观粒子在宏观层面的效果，是由于力的作用而引起物体位移的过程中所做的功。
例如，当一个物体被推动时，根据物体受力和运动方向的关系，可以计算出所做的功。
状态函数是由系统的状态决定的宏观性质，不依赖于热力学过程的路径，只与初态和终态有关。
常见的状态函数有温度、压力、体积等。
2. 热力学定律热力学定律是热力学基础知识的核心内容，揭示了宏观物质之间相互作用的规律。
第一定律：能量守恒定律，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。
热力学第一定律表达了能量的守恒关系，即系统的内能变化等于吸收的热量与做的功的差。
第二定律：热力学第二定律描述了自然界的能量传递过程中不可逆的方向。
它说明热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第二定律还提出了热力学箭头的概念，即自然界中某些过程的方向是不可逆的。
第三定律：热力学第三定律说明在绝对零度（0K）下，熵（系统的无序程度）将趋于最低值。
此定律进一步阐述了热力学中的温标和熵的概念。
3. 热力学过程热力学过程描述了系统由一个状态转变为另一个状态的过程。
热力学的基本概念
热力学的基本概念热力学是研究能量转化和能量转移的学科，它旨在理解和描述物质中能量的行为。
以下是热力学的基本概念，帮助我们深入了解这个领域。
一、能量能量是热力学的核心概念之一。
简而言之，能量是物质的一种属性，它使物质能够产生变化、产生工作或产生热。
能量可以存在于不同的形式，包括热能、机械能、电能、化学能等。
根据能量守恒定律，能量不会被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
二、系统和周围环境在热力学中，我们将研究对象称为系统。
系统是我们所关注的物质或物体，可以是一个小的实验室装置、一个汽车引擎或者一个大型天体。
与系统相对应的是周围环境，它是系统外的一切。
系统和周围环境之间可以发生能量和物质的交换。
三、状态变量状态变量是用来描述系统状态的参数。
常见的状态变量有温度、压力、体积和物质的组成等。
状态变量的值决定了系统所处的状态，也决定了系统内能量与周围环境的交换方式。
四、热平衡和温度热平衡是指系统与周围环境之间没有能量交换的状态。
在热平衡状态下，系统和周围环境的温度相等。
温度是描述物质热运动强度的物理量，决定了热量在系统与周围环境之间的传递方式。
五、热力学循环和过程热力学循环是指系统经历一系列过程后回到初始状态的过程。
在热力学循环中，系统的状态变化会导致能量的转化和传递，从而实现一定的工作输出。
过程是系统从一个状态变化到另一个状态的过程。
六、热力学定律热力学定律是热力学研究的基石，它描述了能量在系统和环境之间的行为。
著名的热力学定律包括：1. 第一定律：能量守恒定律，能量不会被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
2. 第二定律：热力学不可逆定律，能量在自然界中总是朝着更高熵的方向转化，即能量的转化会产生不可逆的损失。
3. 第三定律：热力学温标定律，描述了温度与热量之间的关系，提供了温标的定义。
七、熵熵是热力学中一个重要的概念，表示系统的无序程度。
熵增加代表系统无序程度的增加，而熵减少则代表系统向有序状态靠近。
化学热力学的基本概念
化学热力学的基本概念
化学热力学是研究化学体系能量转化和热效应的学科。
本文将介绍化学热力学的基本概念。
1. 热力学系统
热力学系统是指研究对象，可以是一个物质样品或一组物质。
系统与周围环境通过能量交换进行相互作用。
2. 热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒定律的应用，它指出热力学系统的内能是由热和功所做的贡献之和。
3. 热力学第二定律
热力学第二定律是能量转化的过程中自发方向的判据。
它表明在孤立系统中，热量不能自发从低温物体传递到高温物体，而是自发地从高温物体传递到低温物体。
这个定律还提供了熵增原理，描述了熵的不可逆增加趋势。
4. 焓和焓变
焓是描述系统能量的状态函数，定义为内能与压力乘积的和。
焓变则是描述物质转化过程中能量变化的函数。
焓变可以通过热量和功来描述，常用于反应热和燃烧热的计算。
5. 自由能和自由能变
自由能是描述系统可用能量的状态函数，定义为系统的内能减去温度乘以熵。
自由能变则是描述系统自由能变化的函数。
自由能变的符号判断了系统处于平衡态还是非平衡态。
6. 反应熵和反应焓
反应熵和反应焓用于描述化学反应的热力学性质。
反应熵是指反应过程中系统熵的变化，反应焓是指反应过程中系统焓的变化。
根据反应焓和反应熵的正负判断反应是否自发进行。
以上就是化学热力学的基本概念，希望对您有所帮助。
什么是热力学
什么是热力学热力学是一门研究物质能量转化和传递的学科，主要研究热、功、能量和熵等宏观物理量的性质和相互关系。
热力学最早源于18世纪后期，由于当时工业革命的兴起，人们对热能的研究需求日益增加。
热力学的基本理论被奥地利科学家卡诺、英国物理学家开尔文、英国工程师瓦特等人提出，并逐渐发展成为一个独立的学科。
热力学的研究对象是宏观的物质系统，它的基本假设是系统的守恒性，即能量守恒和物质守恒。
热力学系统分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
封闭系统与外界的物质交换不发生，但能量交换允许；开放系统与外界的物质和能量交换都允许；孤立系统与外界的物质和能量交换都不允许。
热力学的基本物理量有热量、功、内能和熵。
热量是指由于温度差而传递的能量，通常用Q表示；功是指外力对系统做的可逆过程所做的功，通常用W表示；内能是指系统中所有微观粒子的能量总和，通常用U表示；熵是一个描述系统无序程度的物理量，通常用S表示。
根据能量守恒定律，可得到热力学第一定律：能量守恒定律，即能量不会凭空消失或产生，只会从一种形式转化为另一种形式。
热力学的第二定律是关于能量传递方向的定律，也是描述自然界过程发展方向的定律。
它包括热力学第二定律和熵增定律两个部分。
热力学第二定律规定了热量的反向传递是不可能的，热量只能从高温物体传递到低温物体。
熵增定律则表明孤立系统的熵是不断增加的，即系统的无序程度不断增加。
这是因为自然界中几乎所有过程都是不可逆的，无法回到初始状态。
热力学的应用非常广泛，几乎涉及到各个领域。
在物理学中，热力学用于研究物质的热力学性质、相变和热力学平衡等；在化学中，热力学用于研究化学反应的能量变化和反应的平衡等；在工程学中，热力学用于热能转化和能量利用的优化等。
热力学的应用也延伸到生物学、地球科学和环境科学等多个学科领域。
总之，热力学是研究物质能量转化和传递的科学，通过研究热、功、能量和熵等物理量之间的关系，揭示了自然界中各种宏观过程的规律。
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。
热学三大公式
热学三大公式
热学是物理学中的一个重要分支，涉及到热量、热力学能量、热传递等方面的知识。
在热学中，有三个非常重要的公式，分别是:
1. 热力学第一定律公式:Q = U + W
这个公式表示热量 Q 等于内能 U 加上摩擦功 W。
它表明了热量和内能之间的关系，说明了热传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
2. 热力学第二定律公式:N = Q - W
这个公式表示净热量 N 等于热量传递 W 减去摩擦功 N。
它表明了热量传递的方向和热量传递的多少取决于内能差异的大小，而与摩擦功无关。
这个公式在解释热传递的规律和计算热量传递的效率时非常有用。
3. 热力学第三定律公式：热量不可能自发地从低温物体传到高
温物体
这个公式表示热量传递是一种自发的过程，也就是说，热量传递是从高温物体向低温物体传递的。
这个公式表明了热传递是一种不可避免的自然现象，同时也说明了热量传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
这三个公式是热学中最基本的公式，对于理解热学概念和应用具有非常重要的意义。
此外，热学还有很多其他的公式和规律，例如热力学第二定律的另一种表述方式——熵增定律，以及热力学第三定律的应用，等等，这些都需要深入学习才能掌握。
热力学公式
1. 理想气体状态方程式nRT RT M m pV ==)/(或 RT n V p pV ==)/(m式中p ，V ，T 及n 单位分别为Pa ，m 3，K 及mol 。
m /V V n =称为气体的摩尔体积，其单位为m 3 · mol -1。
R =8.314510 J · mol -1 · K -1，称为摩尔气体常数。
此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。
2. 气体混合物 （1） 组成摩尔分数 y B (或x B ) = ∑AA B /n n体积分数 /y B m,B B *=V ϕ∑*AVy Am ,A式中∑AA n 为混合气体总的物质的量。
Am,*V表示在一定T ，p 下纯气体A 的摩尔体积。
∑*AA m ,A V y 为在一定T ，p 下混合之前各纯组分体积的总和。
（2） 摩尔质量∑∑∑===BBBB B BB mix //n M n m M y M式中 ∑=BB m m 为混合气体的总质量，∑=BB n n 为混合气体总的物质的量。
上述各式适用于任意的气体混合物。
（3） V V p p n n y ///B B B B *===式中p B 为气体B ，在混合的T ，V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为B 的分压力。
*B V 为B 气体在混合气体的T ，p 下，单独存在时所占的体积。
3. 道尔顿定律p B = y B p ，∑=BB p p上式适用于任意气体。
对于理想气体V RT n p /B B =4. 阿马加分体积定律V RT n V /B B =*此式只适用于理想气体。
1. 热力学第一定律的数学表示式W Q U +=∆或 'amb δδδd δdU Q W Q p V W =+=-+规定系统吸热为正，放热为负。
系统得功为正，对环境作功为负。
式中 p amb 为环境的压力，W ’为非体积功。
上式适用于封闭体系的一切过程。
2. 焓的定义式3. 焓变（1） )(pV U H ∆+∆=∆式中)(pV ∆为pV 乘积的增量，只有在恒压下)()(12V V p pV -=∆在数值上等于体积功。
热力学能名词解释
热力学是研究能量转化和能量传递的科学领域。
在热力学中，有许多与能量相关的术语和概念。
以下是一些常见的热力学能名词解释：
1. 热能（Thermal Energy）：物体由于其分子和原子的运动而具有的能量，与温度有关。
2. 内能（Internal Energy）：物体分子和原子在其微观层面上的总能量，包括其热能和其他形式的能量。
3. 动能（Kinetic Energy）：物体由于运动而具有的能量，可以表达为物体的质量和速度的函数。
4. 势能（Potential Energy）：物体由于其位置或状态而具有的能量，可以表达为物体的质量、重力加速度和高度的函数。
5. 焓（Enthalpy）：热力学系统的状态函数，表示系统的内能和对外界做的功的总和。
6. 熵（Entropy）：用于衡量系统的无序程度或混乱程度的物理量，也可以理解为系统能量的分散程度。
7. 自由能（Free Energy）：在热力学中有两个常见的自由能概念，即吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）和哈密顿自由能（Helmholtz Free Energy）。
它们是描述系统的可用能量或能量变化的重要指标。
8. 等温过程（Isothermal Process）：在过程发生期间，系统保持恒定的温度，即系统与外界保持热平衡。
9. 绝热过程（Adiabatic Process）：在过程发生期间，系统与外界没有热量交换，即系统的热量不变。
10. 等压过程（Isobaric Process）：在过程发生期间，系统保持恒定的压力，即系统与外界保持压力平衡。
这些术语和概念在热力学中非常重要，帮助我们理解能量转化和系统行为。
热力学
1、相、相律、相图、零变量反应类型、Gibbs自由能能、化学势、活度、活度系数、焓、熵等相图与热力学的基础知识。
相：体系的内在性质在物理上和化学上都是均匀的部分，不同相之间由界面隔开。
相平衡：平衡体系各相温度相等；平衡体系各相压强相等；平衡体系中各相组分的化学势相等。
相律： F=C-P+2 F:自由度数，C:组元数，P:相数相图表达在平衡条件下环境约束(如温度和压力)、组分、稳定相态及相组成之间关系的几何图形。
相区接触法则：1、单相区和单相区只能有一个点接触，而不应有一条边界线；2、相邻相区的相数相差为1（点接触除外）；3、一个三相反应的水平线和三个两相区相遇，共有6条边界线；4、如有两个三相反应中有两个共同的相，则此两个共同的相组成两个三相水平线之间的两相区；5、所有两相区的边界线不应延伸到单相区，而应伸向两相区。
零变量反应：垂直截面、等温截面、液相投影面。
ΔG=ΔH－TΔS （Kj/mol) 吉布斯自由能吉布斯自由能又叫吉布斯函数，（英Gibbs free energy,Gibbs energy or Gibbs function; also known as free enthalpy）是热力学中一个重要的参量，常用G表示，它的定义是：G =U -TS + pV = H- TS，其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是焓。
吉布斯自由能的微分形式是：dG = - SdT + Vdp + μdN，其中μ是化学势，也就是说每个粒子的平均吉布斯自由能等于化学势。
化学势多组分均相系统中，在等温等压并保持系统中其他物质的量都不变的条件下，系统的吉布斯由能随某一组分的物质的量的变化率。
G叫做吉布斯自由能。
因为H、T、S均为状态函数，所以G为状态函数ΔG叫做吉布斯自由能变吉布斯自由能的变化可作为恒温、恒压过程自发与平衡的判据。
吉布斯自由能改变量。
表明状态函数G是体系所具有的在等温等压下做非体积功的能力。
热力学分析
热力学分析
热力学分析是一种对反应体系进行深入分析的方法，它可以用来解释热
能和势能的变化。
热力学分析通过计算体热量、势能变化和热通量来建立反
应体系的能量平衡。
热力学分析一般从两个方面来论述：热力学原理和热力学定律。
热力学
原理认为系统的能量是由热能和势能的组成。
热力学定律则探讨系统中能量
的流动。
热力学原理主要通过热传递和热变化来解释能量在体系中的流动。
热变
化分为三种：潜热变化、热历史变化和辐射热变化，而潜热变化是最常见的，它发生在体系保持热力学平衡的情况下。
热力学定律则认为，一个体系的总能量是一定的，因此系统中的能量不
能减少或增加，只能从一处流到另一处。
热力学定律解释了热能的转化过程，建立了热力学的基本原理。
热力学分析是一种重要的科学工具，它可以用来解释反应体系的热能变化，并准确预测热力学变化。
热力学分析可以用来设计合理的反应系统，从
而提高能源利用率并实现节能减排。
热力学常识
真空
密闭容器内部的绝对压力小于外部 环境压力时的状态。
不凝性气体
在机组内部温度和压力条件下，既不凝结 亦不能被溴化锂和冷剂水吸收的气体。 不凝性气体存在于机组内部，将影响机组 真空，减少机组出力。 如果其中含有氧气还将导致机组锈蚀，严 重缩短机组使用寿命。
要实现“六度皆优”，必须做到“四优”：设计 优化、设备优质、施工优良、保养优秀。
空调
38℃ 26℃
冷水 系统
冷却水 系统
37℃
26℃
38℃
30℃
制冷
指在某一特定环境内制造出比周围环境温 度低的“冷”环境。
所谓“冷”环境，是要求“特定环境”中 空气的温度低于“周围环境”的温度，比 如要求室内温度（26℃）低于室外温度 （38℃）等。
二元溶液
两种互相不起化学作用的物质组成的混合物。
这种均匀混合物其内部各种物理性质，如压力、 温度、浓度、密度等在整个混合物中各处都完 全一致。不能用机械的沉淀法或离心法将它们 分离为原组成物质。
例如：溴化锂溶液就是一种二元溶液，溴化锂 是溶质，水是溶剂。在标准大气压下，溴化锂 溶液中水的沸点是 100℃，而溴化锂的沸点为 1265℃，两者相差甚大，因此，溶液沸腾时产 生的蒸汽几乎不带溴化锂的成分。
高位热值：燃料中各成分燃烧热与排气口 水份的汽化潜热之和。
低位热值：高位热值中除去排气口水份的 汽化潜热所剩下的部分。
COP
空调主机的制冷效率或制热效率。 机组制冷量或制热量与机组输入能 量的比值。
练习题：
1.一台制冷量100万大卡的机组，冷水
入口温度14℃，出口温度7℃，则冷水
流量
m3/h。
热力学
1、热力学系统与外界 （1）系统：从相互作用的物体中划出一 部分物体，此物体中仍包含大量 微观粒子。
系统—热力学研究的对象
（2）外界：与系统作用的其它部分。 （3）系统的分类： 孤立系统：与外界无物质交换，也
无能量交换。
封闭系统:与外界无物质交换，有能 量交换。
开放系统:与外界既有物质交换，又 有能量交换。
理想气体的物态方程： PV nRT
（4）理想气体： 宏观：严格遵从玻马定律、阿伏伽德罗定律、 焦耳定律的气体。 微观：可忽略气体分子之间的相互作用力 的气体。
通常压强不高的真实气体均可视为理想气体。
2、真实气体： 范德瓦尔斯方程
(
p
an2 V2
)(V
nb)
nRT
1mol :
(
p
a v2
1、机械能转换为热能
2、电能转换为热量
结论：在各种绝热过程中，让物体升高一定的温度 所需的功相等。 说明：系统经过绝热过程，由初态达 到终态，外界对系统所做的功仅取决 于初末两态，而与实际过程无关。
四、内能 U U U B U A WS
（1）定义：在热力学系统中，在做功与热量的 双重作用下，使系统所具有的总能量。
的每一个物体都与第三个物体处于热 平衡，则他们彼此也处于热平衡。 分析：
二、温标 温度测量： 温度计：利用水银或酒精的热胀 冷缩特性。
热力学温标：与任何物质特性无关。
单位：开尔文 K 在理想气体温标使用范围内，热 力学温标与理想气体温标一致。
§1.3 物态方程
一、物态方程： 对于一个简单可压缩系统而言：
引言：
热力学的研究对象：研究物质热运 动的规律。
热力学公式总结
热力学公式总结热力学公式，作为热力学研究的基础，是描述能量转化和热力学过程的数学表达式。
它们通过简洁的符号和方程式，揭示了物质和能量之间的相互关系。
以下是几个常见的热力学公式及其含义，让我们一起来了解一下吧。
1. 热力学第一定律：ΔU = Q - W热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表达，它说明了一个封闭系统内部能量的变化等于系统所吸收的热量减去对外界做功的大小。
这个公式告诉我们，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。
2. 熵的定义：ΔS = Q/T熵是描述系统无序程度的物理量，它是热力学中的一个重要概念。
熵的增加代表了系统的无序性增加，而熵的减少则代表了系统的有序性增加。
这个公式告诉我们，熵的变化与系统所吸收的热量和温度有关，系统吸收的热量越多，熵的增加越大。
3. 理想气体状态方程：PV = nRT理想气体状态方程是描述理想气体性质的基本公式，它将气体的压力、体积、摩尔数和温度联系在一起。
这个公式告诉我们，当气体的压力、体积和摩尔数一定时，温度越高，气体的体积越大。
4. 热力学第二定律：ΔS ≥ 0热力学第二定律是热力学中的一个基本原理，它表明在一个孤立系统中，系统的熵不会减小，或者说系统总是趋向于更高的熵。
这个公式告诉我们，自然界中熵的增加是不可逆的，系统的有序性总是会不可避免地变差。
以上是几个常见的热力学公式，它们揭示了能量转化和热力学过程的规律。
通过理解和运用这些公式，我们可以更好地理解和分析能量转化和热力学过程，为实际问题的解决提供依据。
热力学公式的应用广泛，涵盖了能源、化学、物理等多个领域，对于推动科学技术的发展和改善人类生活质量起到了重要的作用。
希望今天的介绍能让大家对热力学公式有更深入的了解，并在实际应用中发挥出更大的作用。
热力学知识点总结及习题
1.热力学第零定理：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，他们彼此也必然处于热平衡2.热力学第一定律：能量可以从一种形式转变为另一种形式，但在转化过程中能量的总量保持不变3.热力学第二定理：实质：自然界中一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程，他们有一定的自发进行的方向开式：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化 克式：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化热力学第三（绝对零度定理）：不可能通过有限步骤是一个物体冷却到热力学温度的零度4.孤立系统：与外界无物质、无能量交换 dQ=0 dW=05.封闭系统：与外界无物质交换、有能量交换 dQ ≠0 dW=06.准静态过程：是一个进行得无限缓慢以致系统连续不断的经历着一些列平衡态的过程。
只有系统内部各部分之间及系统与外界之间始终同时满足力学、热学、化学平衡条件的过程才是准静态过程（准静态过程是一个理想过程）7.熵增加原理：系统经可逆绝热过程熵不变，经不可逆绝热过程熵增加，在绝热条件下，熵减少过程是不可能实现的。
8.广延量：与系统大小成正比的热力学量（如质量M 、体积V 、内能U 等） 强度量：不随系统大小变化的热力学量（如系统的P 、T 、ρ等）9.获得低温的方法：节流过程、节流过程与绝热膨胀相结合、绝热去磁制冷、激光制冷、核绝热去磁10.特性函数的定义：在适当选择独立变量条件下，只要知道系统的一个热力学函数，就可以用只求偏导数的方法求出系统的其他基本热力学函数，从而完全确定均匀系统的平衡性质，这个热力学函数就称为特性函数。
11.一级相变：在相变点两点的化学势连续，但化学势的一阶偏导数存在突变12.二级相变：在相变点两点的化学势及一阶导数连续，但二阶导数存在突变13.单元复相系平衡条件：一个单元两个系统（ɑ相和β相）组成一孤立系统，其总内能总体积和总物质的量恒定。
14.中肯半径：在一定的蒸气压下，于正其达到平衡的液滴半径称为中肯半径15.能量均分定理：对于外在温度为T 的平衡状态的经典系统，例子的能量中每一个平方项的平均值等于（1/2）KT16.微观粒子全同性原理：微观粒子全同性原理指出，全同粒子是不可分辨的，在含有多个全同粒子的系统中，将任何两个全同粒子加以对换，不改变整个系统的微观运动状态。
第6章-热力学
Q Q1 Q2 Q3 761J 2
1
E Q W 312 J
V V1 V4 V3
6.3 绝热过程
理想气体旳绝热过程
绝热过程:气体在物态变化 过程中系统和外界没有热 量旳互换。
dQ 0
绝热过程旳热力学第一定律:
0 dWQ dEQ
p p
V1
V2 V
绝热过程内能增量：
EQ
m M
i 2
R(T2
一 热力学旳等值过程
1. 等体过程 气体在物态变化过程中体积保持不变。
等体过程旳热力学第一定律: dQV dE
结论：
在等体过程中，系统吸收旳热量完 全用来增长本身旳内能
m
p
吸收热量： QV M CV ,m (T2 T1)
内能增量：
E m M
i 2
R(T2
T1 )
等体过程系统做功为0
Q
V0
V
2. 等压过程
O
( pA,VA,TA ) ( pC,VC,TC ) ( pB,VB,TB )
V
3 理想气体物态方程
理想气体：在任何情况下都严格遵守“波意耳定律”、 “盖-吕萨克定律”以及“查理定律”旳气体。
p1V1 p2V2 恒量
T1
T2
（质量不变）
理想气体物态方程：pV m RT R 称为“摩尔
M mol
dW PSdl PdV
W V2 PdV V1
已知过程（p～V曲线或 p=p(V)）；A为p～V曲 线下旳面积。A与过程
有关
Am An
功与热量旳异同 （1）都是过程量：与过程有关；
（2）等效性：变化系统热运动状态作用相同；
1 cal = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal （3）功与热量旳物理本质不同 .
热力学知识：热力学中热力学的重要分支和热力学的运用
热力学知识：热力学中热力学的重要分支和热力学的运用热力学是研究热量和能量转化的科学，是物理学中的一个重要分支，其研究对象是宏观物理系统的热力学变化规律。
热力学是自然科学的基础科学之一，而其研究成果也应用广泛，涉及各行各业，如化学、电力工程、航空航天技术、材料科学等等。
热力学的重要分支热力学的主要研究内容包括热力学第一定律和第二定律以及热力学系统的状态函数。
其中，热力学第一定律是指能量守恒定律在热学系统中的表现，即能量不能被创造或毁灭，只能被转化。
热力学第二定律则是热力学系统稳态和熵增加的规律。
热力学另外的分支包括统计热力学和非平衡热力学。
统计热力学是研究物质在微观状态下和宏观状态间的相互关系，主要采用统计学方法来描述系统质量之间的关系。
而非平衡热力学则是研究非平衡状态下的热力学现象，例如气体分子的运动和传导现象。
热力学的运用热力学的运用涉及多个领域，例如：1.化学：热力学在化学反应中具有重要意义，可以帮助确定反应的热力学变量，如焓、熵等。
这些参数可以指导化学反应的优化设计，提高反应的效率和产量。
2.电力工程：热力学在电力工程的设计中也发挥着重要作用。
例如，通过热力学的研究，可以确定发电厂燃料的热值，帮助设计热能发电机和锅炉等设备。
3.航空航天技术：航空航天推进器的热力学性能对整个系统的性能有重要影响。
热力学的应用可以帮助设计更高效的推进器，提高发动机热效率。
4.材料科学：热力学对材料科学的研究也具有广泛应用。
例如，可以通过热力学的研究来预测材料的相变、旋转和晶格振动等现象，以及优化材料的组成。
总之，热力学作为一门基础性的自然科学，不仅有着重要的理论价值，更为实际生活的各个领域提供了极具价值的应用。
因此，我们应该加强热力学的学习和研究，不断发掘其更多的潜在应用。
第七章 热力学基础
1 1 1
2
2
2
V
二、准静态过程的功、热量和内能
1.准静态过程中的功
无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外 界在准静态过程中对系统的作用力，可以用系统本 身的状态参量来表示。
[例] 右图活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态压缩 或膨胀时，外界的压强Pe必等于此时气体的压强P， 否则系统在有限压差作用 dx 下，将失去平衡，称为非 静态过程。若有摩擦力存 P S Pe 在，虽然也可使过程进行 得“无限缓慢”，但Pe≠P 。
( ) Wca 0 , Qca
Eca
( ) Eabca Eab Ebc Eca Ebc Eca 0
m CVm T1 T2 7.79 103 J M
Eca Ebc 7.79 10 3 J
23
四、绝热过程
2. 摩尔热容量
1mol 物质，温度升高或降低dT 时, 吸收或放出的 热量为dQ ，则C m dQ 称该物质的摩尔热容量. dT 单位: J/ mol · 。 K 对于m´ 质量理想气体，dQ 为过程量，则有: m ( dQ )P m C Pm dT CP m , 等压摩尔热容量 ( dQ )P M dT
6
为简化问题，只考虑无摩擦准静态过程的功。 当活塞移动微小位移dx时，外力所作的元功为：
dW Fdx Pe Sdx
在该过程中系统对外界作功:
dx
S
dW PSdx PdV
W PdV
V2 V1
P
Pe
系统体积由V1变为V2，系统对外界作的总功为：
dV 0 , W 0 , 系统对外作正功；
2
⑵ 非静态过程
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金属杆就是一个热力学系统。
根据平衡态的定义，虽然杆 上各点的温度将不随时间而 改变，但是杆与外界（冰、 沸水）仍有能量的交换。一 个与外界不断地有能量交换 的热力学系统所处的状态， 显然不是平衡态而是稳定态。
100 oc
金属杆
0 oc
驰豫时间－－系统由非平衡态过渡到平衡态所 需要的时间。
例：气体压强趋于均匀～10－16 秒液体密度趋 于均匀～几分钟
1.分子固有体积修正：
对实际气体分子，要占有一定体积。设有1mol气体， 则分子活动空间为Vm-b，有：
Vm
b
RT p
b的定义：当p→∞时，Vm→b，即b是气体无限压缩 后所达到的最小体积。
弥补热力学的不足，使热力学的理论获得更深刻的 意义。
微观描述方法的局限性：
在于它在数学上遇到很大的困难，由此而作出简化 假设（微观模型）后所得的理论结果与实验不能完 全符合。
热力学是研究热功转换过程所遵循的规律 的科学。它包含系统变化所引起的物理量的 变化或当物理量变化时系统的变化。
热力学研究问题的基础是四个经验定律（ 热力学第一定律，第二定律和第三定律，还 有热力学第零定律），其中热力学第三定律 是实验事实的推论。这些定律是人们经过大 量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩 的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。
加压
终 T2＝273 K p2＝2×105 Pa
态 V2＝1 m3
加压 T3＝273 K p3＝1×106 Pa V3＝0.2 m3
减压
常见的变化过程
等温过程 系统从状态1变化到状态2，在变化过 程中温度保持不变，始态温度等于终态温度，且 等于环境温度。
等压过程 系统从状态1变化到状态2，在变化过 程中压力保持不变，且等于环境压力。
不能回答系统的转化和物质微粒的特性之 间的关系，即不能对系统变化的具体过程 和细节做出判断。只能预示过程进行的可 能性，但不能解决过程的现实性，即不能 预言过程的时间性问题。
1.1 基本概念
1.1.1 体系与环境
系统与外界的作用都通过边界
体系
The System
热力学研究的对象----热力学系统. 热力学系统以外的物体称为外界。
5、大数粒子：我们把数量级达到宏观系统量 级的粒子。
二、宏观描述方法与微观描述方法
1、宏观描述方法：热力学方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象 规律，构成热现象的宏观理论，叫做热力学 。
热力学方法的优点：
热力学基本定律是自然界中的普适规律， 只要在数学推理过程中不加上其它假设，这 些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
状态函数是连续的，可微分的单值函数； 具有全微分性；比如，V（T,V）的全微分，
状态确定，则状态参量也确定，反之亦然
基本状态参量
• 压强p、• 温度T、• 比容v • ---容易测量!
物理中压强，单位: Pa ＝ N/m2 （帕斯拉） 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665×104 Pa
由大量的微观粒子组成的宏观系统。 其结果只具有统计意义。
研究方法
以热力学三大定律为基础
只考虑研究对象的始态和终态及变化条 件，不考虑中。 不涉及反应速率问题。只解决反应的可
能性问题，不能解决反应的现实性问题。
讨论的是热力学系统从一个平衡态到另一个平 衡态的转变过程
描述系统性质关系的数学方程式称为状态方程式。 对于组成不变的均相封闭系统，需要两个独立变数可以确定
系统的状态，如理想气体的状态方程可以写成
T f p,V
对于由于化学变化、相变化等会引起系统或各相的组 成发生变化的系统，还必须指明各相的组成或整个系统 的组成。如对于敞开系统，系统的方程状态可以写成
1.14.过程与途径
过程： 在一定的环境条件下，系统发生了一个
状态变化，从一个状态变化到另一个状态， 我们称系统发生了一个热力学过程。
途径： 系统变化所经历的具体路径称为途径。
例如，一定量理想气体的状态变化， 可以有下图所示两种不同的途径：
始 T1＝273 K p1＝1×105 Pa
态 V1＝2 m3
a 273.16 ptr
T p 273.16 p 定容气体温标
ptr
用不同气体温度计测量水的正常沸点所得的四条曲线 实验发现：
T p 273.16 p 定容气体温标
ptr
定压气体温标：
TV aV
假设当 T Ttr 273.16K时，V Vtr ,则 273.16 aVtr
热力学第零定律
如果两个系统分别和处于平衡的第三 个系统达成热平衡，则这两个系统也 彼此也处于热平衡。
当两个系统接触时，描写系统的性质的状态函数将 自动调节变化，直到两个系统都达到平衡，这就意 味着两个系统有一个共同的物理性质，这个性质就 是“温度”。
热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数 的存在，它非但给出了温度的概念，而且还为系统 的温度的测定提供了依据。
等容过程 系统从状态1变化到状态2，在变化过 程中体积保持不变。
绝热过程 系统在变化过程中，与环境不交换热 量，这个过程称为绝热过程。
1.2 热力学第零定律－温度的概念
温度概念的建立以及温度的测定都是以热 平衡现象为基础。
当把两个已达平衡的系统接触，并使它们 用可以导热的壁接触，则这两个系统之间 在达到热平衡时，两个系统将有一状态参 量应该相等。这个状态参量就称为温度。
Thermodynamics
1.1. 宏观描述方法与微观描述方法
一、 热学的研究对象及其特点
1、热物理学：是研究有关物质的热运动以及 与热相联系的各种规律的科学。
2、热现象：这些与温度有关的物理性质的变 化称热现象。
3、热学研究对象：所有与热相联系的现象。
4、特点：热物理学研究的是由数量很大的微 观粒子所组成的系统。
2，温度
温度：表征物体冷热程度的物理量。 统计本质：衡量分子平均动能的物理量
T =0 ⇒ =0 ⇒ 分子一切运动停止，但 是零点能的存在，…
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一 宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理 量⎯ 温度。
温度是唯一确定一个系统是否与其它系统处 于热平衡的物理量
热力学的局限性：
（1）只适用于粒子数很多的宏观系统； （2）主要研究物质在平衡态下的性质，
不能解答系统如何从非平衡态进入平衡 态的过程；
（3）把物质看成为连续体，不考虑物质 的微观结构。
热力学不考虑物质的微观结构，而是从实验 总结的定律出发经过严密的逻辑推理得到物体宏观 热性质间的联系，从而揭示热现象的有关规律。
（1）广度性质 又称容量性质
特点：广度性质的量值与体系中物质的量成正 比。具有加和性。 如质量、体积．热容量等。
（2）强度性质
特点：强度性质的量值只决定于体系的自身 特性，与体系中物质的量无关。无加和性。
如温度、压力、密度等。
1.1.3 体系的状态和状态函数
（1）体系的状态 状态——体系物理、化学性质的总和。 例如质量、温度、压力、体积、密度、组成等。 当这些性质都有确定的值时，就说体系处于一
T f p,V , n1, n2 ,
描述温度与状态参量间的关系式
Boyle pv=c
(m, T不变）
Avorgadro
在相同的温度和压强下，相同体积所含各种气体的
质量与它们各自的分子量成正比，或在相同的温度 和压强下，相同体积所含所含各种气体的量相等。
理想气体状态方程的导出（书上）
a 273.16 Vtr
T V 273.16 V 定压气体温标
Vtr
理想气体温标——极限温标
T lim T p 273.16 lim p
ptr 0
p ptr 0 tr
T lim T V 273.16lim V
p0
V p 0 tr
1.4. 状态方程
二、理想气体温标(Ideal-gas Temperature Scale)
定容气体温标
测温物质：气体 测温属性：气体压强 固定点 ：水的三相点
关 系： T p ap
Ttr 273.16K
T Ttr 273.16K
假设当 时， 则
p ptr 273 .16 aptr
定的状态，即热力状态。
始态——体系发生变化前的状态 终态——体系发生变化后的状态
热力学平衡态
任一孤立系经过足够长的时间之后，其 宏观性质不再随时间变化，此时的状态，即 称为热平衡态。
这是一种动态平衡！在本质上讲，系统 的宏观性质是微观粒子运动的统计平均，即 意味着平衡态的宏观性质除了平均值不变， 还伴随些小的涨落。
非平衡态： 存在宏观的变换和有序的运动
平衡：时间上 均匀：空间上 平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
注意
与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但 由于有外界的影响，故在系统内部存在能量 流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态 的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”
同时考虑，缺一不可。
只有同时满足以下四个条件的体系才是 热力学平衡体系，否则为非平衡态体系
热平衡：系统的各部分的温度相等。 力学平衡：系统的各部分压力相等。 相平衡：当系统不上一个相时，物质在各相之间
的分配达到平衡，在相的之间没有净的物质的转移。 化学平衡：当系统中存在化学反应时，达到平衡后，
系统的组成不随时间变化。