1 热力学基本概念
第二章 热力学第一定律
T (B, ,T)
£K r Hm (T)
标准摩尔燃烧焓[变]的定义 在温度 T 物质 B 完全氧化( T)表示 叫标准摩尔燃烧焓 g H2O(l)的 T)计算
£K r Hm £K cHm £K r Hm B
-
)成相同温度下指定产物时的标准摩尔焓[变] 用
£K cHm
(B
指定产物 CO2 由
£K c Hm
物理化学学习指导
第二章 热力学第一定律
第二章 热力学第一定律
一. 基本概念及公式
1 热力学基本概念
(1)系统和环境 系统——热力学研究的对象(是大量分子 外的周围部分存在边界 环境——与系统通过物理界面(或假想的界面)相隔开并与系统密切相关的周围部分 根据系统与环境之间发生物质的质量与能量的传递情况 系统分为三类: 原子 离子等物质微粒组成的宏观集合体) 系统与系统之
H = Qp 适用于真实气体 理想气体 液体
T2 T1
∆H = ∫ nC p ,m dT
T1
T2
固体定压过程 理想气体任意 p
V
T 变化过程
∆U = ∫ nCV ,m dT = nC v ,m (T2 − T1 ) ∆H = ∫ nC p ,m dT = nC p ,m (T2 − T1 )
T1 T2
体积功 功有多种形式 通常涉及的是体积功 它是系统发生体积变化时的功 定义为
δW = − p su dV
式中 psu 为环境的压力
W = ∑ δW = − ∫ p su dV
V2 V1
对恒外压过程
psu = 常数
W = − p su (V2 − V1 ) W = − ∫ pdV
V1 V2
对可逆过程 因 p =psu
热力学的基本概念与应用
热力学的基本概念与应用热力学是自然科学中重要的一门学科，它研究热量和能量的转化与传递。
热力学的基本概念有温度、热量、功、内能等，这些概念被广泛应用于能源、环境保护和化学工程等领域。
温度是热力学中最基本的概念之一，它描述了物体内粒子的平均动能。
我们用摄氏度或开尔文来表示温度。
根据热力学第一定律，热量是能量的一种形式，是由高温物体传递到低温物体的能量。
热量的单位是焦耳。
根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
功是一种由力量作用在物体上的能量转移方式。
当物体被外力推动或拉动时，它会做功。
功的单位也是焦耳。
内能是指物体系统所具有的总能量，它包括了物体的热能和机械能。
根据能量守恒定律，热量和功的变化会改变系统的内能。
热力学的应用非常广泛。
首先，热力学在能源领域起着重要的作用。
通过研究热力学原理，我们可以优化能源的转换效率，提高能源利用率。
例如，在发电厂中，热力学原理被用于优化火力发电和核能发电。
此外，热力学也对可再生能源的开发和利用起着重要的指导作用。
其次，热力学在环境保护中也有应用。
研究大气和水体的热力学过程可以帮助我们理解气候变化和海洋循环等现象。
热力学原理被用于分析和改善大气和水体的污染问题，以保护环境和人类健康。
此外，热力学还在化学工程中扮演着重要的角色。
通过热力学原理，化学工程师可以设计和优化化学反应过程。
热力学的概念，如化学平衡、反应热和化学势等，被广泛应用于化学反应动力学和反应工程的研究中。
热力学的应用不仅仅局限于上述领域，它还在材料科学、生物学和地质学中发挥着重要作用。
通过运用热力学原理，我们可以深入理解物质和能量之间的相互关系，从而应用于各个学科的研究和实践中。
综上所述，热力学是一门重要的学科，它的基本概念如温度、热量、功和内能被广泛应用于能源、环境保护和化学工程等领域。
热力学的应用有助于优化能源利用、环境保护和化学反应过程的设计。
同时，热力学也为其他学科的研究提供了重要的理论基础。
热力学的基本概念和规律解析
热力学的基本概念和规律解析热力学是自然科学中的一个重要分支，研究的是能量转化和能量传递的规律。
它的基本概念和规律对于我们理解自然界中各种现象和过程具有重要意义。
本文将对热力学的基本概念和规律进行解析，帮助读者更好地理解这一领域。
热力学的基本概念之一是能量。
能量是物质存在和运动的基本属性，是物质变化和相互作用的基础。
热力学将能量分为两类：热能和功。
热能是由于物体的温度差而产生的能量，它可以通过热传导、热辐射和热对流等方式传递。
功则是由于物体的位移而产生的能量，它可以通过物体的运动来实现。
热力学的基本规律之一是能量守恒定律。
能量守恒定律是指在一个孤立系统中，能量的总量是不变的。
这意味着能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的大小保持不变。
例如，当我们将水加热时，电能被转化为热能，但总能量的大小不会改变。
热力学的另一个基本规律是熵增定律。
熵是热力学中一个重要的物理量，它表示系统的无序程度。
熵增定律指出，在一个孤立系统中，熵总是趋向于增加。
这意味着系统的有序性越来越低，无序性越来越高。
例如，当我们将一杯热水放置在室温下，水的温度会逐渐降低，熵也会增加。
热力学还研究了物质的相变规律。
相变是物质由一种状态转变为另一种状态的过程。
在相变中，物质的能量和熵都会发生变化。
例如，当我们将冰加热到一定温度时，它会融化成水，这是一个固体到液体的相变过程。
在相变过程中，物质吸收热能，熵也会增加。
除了基本概念和规律，热力学还研究了一些重要的热力学循环和热力学过程。
热力学循环是指一系列热力学过程组成的闭合过程，最常见的例子是卡诺循环。
卡诺循环是一种理想的热力学循环，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环的效率是所有热力学循环中最高的，它可以作为理想热机的标准。
热力学过程是指物体在能量交换的过程中所经历的变化。
热力学过程可以分为准静态过程和非准静态过程。
准静态过程是指系统的状态变化非常缓慢，以至于系统始终处于平衡状态。
第二章热力学第一定律
第二章 热力学第一定律主要内容1.热力学基本概念和术语（1）系统和环境：系统——热力学研究的对象。
系统与系统之外的周围部分存在边界。
环境——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。
根据系统与环境之间发生物质的质量与能量的传递情况，系统分为三类： (Ⅰ)敞开系统——系统与环境之间通过界面既有物质的质量传递也有能量的传递。
(Ⅱ)封闭系统——系统与环境之间通过界面只有能量的传递，而无物质的质量传递。
(Ⅲ)隔离系统——系统与环境之间既无物质的质量传递亦无能量的传递。
（2）系统的宏观性质：热力学系统是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体。
这个集合体所表现出来的集体行为，如G A S H U T V p ,,,,,,,等叫热力学系统的宏观性质(或简称热力学性质)。
宏观性质分为两类：(Ⅰ)强度性质——与系统中所含物质的量无关，无加和性(如T p ,等)； (Ⅱ)广度性质——与系统中所含物质的量有关，有加和性(如H U V ,,等)。
而强度性质另一种广度性质一种广度性质= n V V =m 如，等V m =ρ（3）相的定义：相的定义是：系统中物理性质及化学性质完全相同的均匀的部分。
（4）系统的状态和状态函数：系统的状态是指系统所处的样子。
热力学中采用系统的宏观性质来描述系统的状态，所以系统的宏观性质也称为系统的状态函数。
(Ⅰ) 当系统的状态变化时，状态函数的改变量只决定于系统的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。
即系统变化时其状态函数的改变量＝系统终态的函数值－系统始态的函数值。
(Ⅱ) 状态函数的微分为全微分，全微分的积分与积分途径无关。
即：2121X X X dX X X ∆==-⎰y yX x x X X x y d d d ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=（5）热力学平衡态：系统在一定环境条件下，经足够长的时间，其各部分可观测到的宏观性质都不随时间而变，此后将系统隔离，系统的宏观性质仍不改变，此时系统所处的状态叫热力学平衡态。
第一章热力学第一定律
解：先求出两种状态下的始态和终态体积。再由恒压 先求出两种状态下的始态和终态体积。 体积功的计算方法计算体积功。 体积功的计算方法计算体积功。
V1=nRT1/p1=[2*8.314*300/(500*1000)]m3= 9.977*10-3m3 V2=nRT2/p2=[2*8.314*350/(500*1000)]m3= 1.164*10-2m3 恒压既p1=p2=pex W = -pex（V2-V1） = -[500*1000*(1.164*10-2-9.977*10-3)] = -832J
热量的符号： 热量的符号：Q 体系从环境吸热为Q>0，“+” 体系从环境吸热为 ， 体系向环境放热为Q<0，“-” 体系向环境放热为 ， 体系绝热，Q=0 体系绝热， 单位：国际单位（ ）， 焦耳（ ）， ），KJ 单位：国际单位（SI）， 焦耳（J），
热容：一定量物质，温度升高 所吸收的 热容：一定量物质，温度升高1K所吸收的 热。 常用符号为C 常用符号为 摩尔热容：1mol物质的热容。 物质的热容。 摩尔热容： 物质的热容 表示符号为C 单位为J.mol-1.K-1 表示符号为 m，单位为 说明：热容为容量性质，随物质的量变化。 说明：热容为容量性质，随物质的量变化。 摩尔热容为强度性质， 摩尔热容为强度性质，其数值与温度 T有关。 有关。 有关
始态 终态 ——→ （ n，T1， P1， V1）——→ （n，T2， P2， V2） ， ， 途径 I 等T 等P （ n，T1， P2， V`2） ， 途径 II
第一章热力学第一定律
经验 总结 总结归纳提高 引出或定义出 解决 的 能量效应(功与热) 过程的方向与限度 即有关能量守恒 和物质平衡的规律 物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律 §1.1 热力学基本概念1.1.1 热力学的理论基础和研究方法1、热力学理论基础热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。
⇨ 热力学四大定律：热力学第一定律——Mayer&Joule ：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)；热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin ：过程进行的方向判据； 热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson ：解决物质熵的计算；热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T 1=T 2，T 2=T 3，则T 1= T 3。
2、热力学方法——状态函数法⇨ 热力学方法的特点： ①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p 、V 、T etc ） ②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
⇨ 局限性：不知道反应的机理、速率和微观性质。
只讲可能性，不讲现实性。
3、热力学研究内容热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。
热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。
1.1.2 热力学的基本概念1、系统与环境⇨ 系统（System ）：热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。
在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余部分分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。
热力学的基本概念和热力学定律
热力学的基本概念和热力学定律热力学是一门研究能量转化和传递的学科，它涉及到物质的热力学性质以及与温度、压力和体积等因素之间的关系。
热力学的基本概念和热力学定律是热力学研究的基石，对于我们理解自然界中的能量转化过程具有重要意义。
热力学的基本概念之一是能量。
能量是物质存在的一种形式，它可以由一种形式转化为另一种形式。
例如，燃烧木材时，木材中的化学能被转化为热能和光能。
能量的转化和传递是热力学研究的核心内容之一。
热力学中的另一个基本概念是系统和环境。
系统是研究对象所构成的部分，而环境则是与系统相互作用的外部部分。
系统和环境之间可以通过能量的传递进行交换。
例如，一个封闭的容器中的气体就是一个系统，而容器外部的空气则是环境。
系统和环境之间的能量交换可以通过热传递或者功来实现。
热力学中的第一定律是能量守恒定律。
根据第一定律，能量在系统和环境之间的转化和传递不会消失也不会增加，只会发生转化。
这意味着能量的总量在一个封闭系统中保持不变。
例如，一个封闭的热水瓶中的热能不会消失，只会通过传导、对流和辐射等方式转移到瓶外的环境中。
热力学中的第二定律是热力学定律中最重要的定律之一。
根据第二定律，自然界中的能量转化过程具有一定的方向性，即从高温区向低温区传递热量。
这是因为自然界趋向于达到热平衡状态，其中温度是均匀分布的。
例如，当我们将一杯热水放置在室温下，热水会逐渐冷却，直到与室温相等。
热力学中的第三定律是关于绝对零度的定律。
根据第三定律，当温度接近绝对零度时，物质的熵趋于零。
绝对零度是热力学温标的零点，对应于-273.15摄氏度。
在绝对零度下，物质的分子运动几乎停止，熵的值趋近于零。
这个定律对于研究低温物理学和固态物理学等领域具有重要意义。
除了以上介绍的热力学定律，热力学还涉及到一些其他重要的概念和定律，如熵、焓、热容等。
熵是描述系统无序程度的物理量，它与能量转化和传递过程中的效率密切相关。
焓是系统内能和对外界做功的总和，它在化学反应和相变等过程中发挥重要作用。
第01章-热力学基本定律1-资料
[例题]:
在等压下，一定量理想气体B由10 dm3膨胀到16 dm3，并吸热700J，求W与ΔU ? 解： 初态，p 10 dm3 等 压 过 Q 程 7 0J， 0终态， p 16 dm3
Wp(V2V 1)[10136215 03]J60J8
themegallery
3. 准静态过程
定义：在过程进行中的任何时刻系统都处于平衡态 的过程。
4. 可逆过程
定义：由一系列非常接近于平衡的状态所组成 的，中间每一步都可以向相反的方向进行而不在环 境中任何痕迹的过程称为可逆过程。
themegallery
特点： ①可逆过程是由一系列非常接近于平衡的状态所 组成. ②过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方 向到达。 ③经历可逆过程后，当系统复原时，环境也完全 复原而没有留下任何影响和痕迹。
1. 热力学第一定律表述： 热力学第一定律即能量守恒与转化定律：自然界 的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式， 能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总值保持不变。 经验表述：第一类永动机是造不成的。
themegallery
2. 热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W 对一微小表化，
例题：教材第10页
在298.15K 下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所 作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气 体）?
解： C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l)
WRT B(g)= [- (2 - 3.5 - 1)×8.314×298.15]J
欢迎
第一章 热力学基本定律
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 与内能、焓、功、热 1.3 气体系统典型过程分析 与可逆过程、热机效率 1.4 热力学第二定律与熵、熵判据 1.5 熵变的计算与应用：典型可逆过程和可逆途径的设计 1.6 自由能函数与自由能判据:普遍规律与具体条件的结合 1.7 封闭系统热力学函数间的关系:4个基本方程 1.8 自由能函数改变值的计算及应用:可逆途径的设计
热力学基本概念1状态参数、热力学温标
Walther Hermann Nernst • (1864-1941) • 德国 • 热化学，熵基准 • 1920年诺贝尔化 学奖
工程热力学
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）
• L.昂萨格 Lars Onsager
• (1903-1976) • 美国 • 不可逆过程热力学理
论 • 1968年诺贝尔化学奖
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太 热阳 能能
利 用
光转 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能 发电 电动 机机
热机 电
直接利用 能
二次能源
工程热力学
Future Energy to Low-Carbon Town in China
New Energy Technologies
Renewable e nergy
Future energy
Conventional Energy clean
工程热力学
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
建立节能的理论基础
工程热力学
(1) 中国能源资源缺乏 (2) 中国能源利用效率低下 (3) 能源环境问题突出
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
工程热力学(讲义)
1 课程学习1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本概念及定义第一节热力系热力系：由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分为：闭口系(或闭系)--与外界无物质交换，为控制质量(c.m.)；开口系(或开系)--与外界之间有物质交换，把研究对象规划在一定的空间范围内，称控制容积(c.v.)。
按热力系与外界进行能量交换的情况将热力系分为：简单热力系--与外界只交换热量及一种形式的准静功；绝热系--与外界无热交换；孤立系--与外界既无能量交换又无物质交换。
按热力系内部状况将热力系分为：单元系--只包含一种化学成分的物质；多元系--包含两种以上化学成分的物质；均匀系--热力系各部分具有相同的性质；均匀系--热力系各部分具有不同的性质。
工程热力学中讨论的热力系：简单可压缩系--热力系与外界只有准静功的交换，且由压缩流体构成。
第二节热力系的描述热力系的状态、平衡状态及状态参数*热力系的状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
在热力学中我们一般取设备中的流体工质作为研究对象，这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。
*平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。
处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。
而温差是驱动热流的不平衡势，温差的消失是系统建立平衡的必要条件。
对于一个状态可以自由变化的热力系而言，如果系统内或系统与外界之间的一切不平衡势都不存在，则热力系的一切可见宏观变化均将停止，此时热力系所处的状态即是平衡状态。
各种不平衡势的消失是系统建立起平衡状态的必要条件。
*状态参数：用来描述热力系平衡态的物理量。
处于平衡态的热力系其状态参数具有确定的值，而非平衡热力系的状态参数是不确定的。
状态参数的特性描述热力系状态的物理量可分为两类：强度量和尺度量（1）强度量与系统中所含物质无关，在热力系中任一点具有确定的数值的物理量。
普通化学 第一章 化学热力学基础
1 1 (91.8kJ mol-1 ) 30.6 kJ mol-1 Δr H Δ H m,2 3 r m 3
（3）
NH3 ( g )
Δr H m,3
3 1 H2 ( g) N2 ( g ) 2 2 1 1 (91.8 kJ mol-1 ) 45.9 kJ mol-1 Δ r H m 2 2
体系由始态到终态，状态发生了变化，则称体系经历 了一个热力学过程，简称过程。 在状态发生了变化过程中，若体系的始态和终态温度
相等并且等于恒定的环境温度，称为“恒温过程”；同
样，若体系的始态和终态压力相等并且等于恒定的环境 压力，称为“恒压过程”；若体系的体积保持不变称为 “恒容过程”。若体系变化时和环境之间无热量交换， 则称之为“绝热过程”。
“生成”之意。例如：
1 H 2 ( g ) O 2 ( g ) H 2 O(l ) 2
1 Δr H ( 298 .15 K) 285.8 kJ mol m
普通化学
1.3.2 化学反应的标准摩尔焓变的计算
对任一个化学反应来说 dD eE gG hH 其反应物和生 成物的原子种类和个数是相同的，因此我们可以用同样 的单质来生成反应物和生成物，如图1.5所示。
与Q之和。
U Q W
(1.2)
式（1.2）为封闭体系中热力学第一定律的数学表达式。
普通化学
1.2.1 热力学第一定律
例1.1 设能量状态为U1的体系，体系输出200 J的热量，
Q 200 J
环境对体系做了350 J的功，求体系能量变化和终态能量U2。 解: 由题意
W 350 J
普通化学
普通化学
目 录
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
第二章热力学第一定律概念及公式总结
第二章 热力学第一定律2.3热力学基本概念 1.系统：● 隔离系统：没有物质或能量的交换 ● 封闭系统：有能量交换● 敞开系统：有能量或物质的交换 2.热力学平衡态：（当系统的各种性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡状态）热力学必须同时满足的条件平衡：热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。
2.3.1状态函数(当系统的状态发生变化时，它的一系列性质也随之变化，改变的多少取决于始态和终态)【异途同归，值变相等；周而复始，数值还原】 《m 、T 、、P 、V 、浓度、黏度、折光率、热力学能、焓、熵》 2.3.2 状态方程(),ν=T f p 与系统性质有关的函数2.3.3 过程和途径2.3.3.1 常见的变化过程有：● 等温过程：只有始终态温度不变● 恒温过程：在过程中温度一直持续不变 ● 等压过程：始终态压力相等且等于环境温度● 等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器）● 绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0 ● 环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态d 0∮ν= 、d 0∮=p 、d 0∮=U 、d 0∮=T状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与中间具体的变化无关。
过程函数的特点：只有系统发生一个变化时才有过程函数 过程函数不仅与始终态有关还与途径有关没有全微分，只有微小量。
用δQ 、δw 表示环积分不一定为0 （不一定0∮δ=Q ）2.3.4 热和功热的本质是分子无规则运动强度的一种体现，系统内部的能量交换不可能是热。
功和热都不是状态函数，其值与过程无关。
2.4热力学第一定律热力学能是指系统内分子运动的平动能、转动能、振动能、电子及核的能量，以及分子与分子之间相互作用的位能等能量的总和。
文字表述：第一类永动机是不可能造成的（既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外做功的机器称为第一类永动机）能量总量在转化过程中保持不变 系统热力学能的变化是：21∆=-=+U U U Q W系统发生微小变化，热力学能的变化d U 为：d δδ=+U Q W （状态函数）对于物质的量为定值的封闭系统，则微小变量的热力学能变化可以表示为：d d d ν⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭p TU U T p T p 2.5准静态过程与可逆过程2.5.1功与过程系统做的膨胀功为：e e d δ=-=-W F dl p V膨胀功分为 ：✧ 自由膨胀（向真空膨胀）<W=0>：外压e p 为零的膨胀过程，由于e p =0所以，,10δ=e W ，系统对外不做功。
热力学第一定律和热化学
第一章 热力学第一定律和热化学§1–1 热力学基本概念(一) 体系和环境：体系(system)：被划定了的研究对象。
环境(surroundings)：与体系有密切关联的其余部分。
根据体系与环境之间的物质和能量交换情况，可将体系分为下面三种：1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质交换又无能量交换。
2. 封闭体系：体系与环境之间只能有能量交换而没有物质交换。
3. 敝开体系：体系与环境间既有物质又有能量交换。
(二) 体系的性质：体系的性质又称为热力学变量，一般可分为二大类：1. 广度性质（或容量性质）（extensive properties ）：与体系所含物质的量成正比的性质，如质量，体积，内能等，具有加和性。
2. 强度性质（intensive properties ）：这种性质的数值大小与体系中物质的量无关，不具有加和性。
例如：温度、压力、密度、粘度等。
往往两个容量性质之比成为体系的强度性质，例如密度，它是质量与体积之比；摩尔体积，它是体积与物质的量之比；摩尔热容，它是热容与物质的量之比，而这些均是强度性质。
(三) 热力学平衡态：当体系的性质不随时间而改变，此时体系就处于热力学的平衡态，真正的热力学平衡态应当同时包括以下四个平衡关系：1. 热平衡：体系各部分的温度应相等。
2. 力学平衡：体系各部分之间在没有刚性壁存在的情况下，体系各部分的压力相等。
3. 化学平衡：当体系各物质之间发生化学反应时，达到平衡后，体系的组成不随时间而改变。
4. 相平衡：体系各相的组成和数量不随时间而改变。
(四) 状态函数与状态方程：1. 状态和状态函数：体系的状态是体系的物理性质和化学性质的综合表现。
当体系状态确定后，各性质就有完全确定的值。
由于性质与状态间的这种单值对应关系，故热力学性质称为状态性质，又称作状态函数（state function ）。
因为体系的状态性质之间相互有关联，所以要确定一个体系的热力学状态，并不需要知道所有的状态性质，而只需要确定几个状态性质，就可确定体系的状态，但是热力学并不能指出最少需要指定哪几个性质，体系才能处于一定的状态。
物理化学大一知识点笔记
物理化学大一知识点笔记一、热力学1. 热力学基本概念- 系统与环境- 状态函数与过程函数- 热力学第一定律2. 理想气体状态方程- 环境压强与气体压强- 环境温度与气体温度- 理想气体状态方程及其推导3. 内能、焓和焓变- 内能的定义和性质- 焓的定义和性质- 焓变与热量的关系4. 熵和熵变- 熵的定义和性质- 熵增原理- 熵变与热量的关系5. 等温、绝热过程- 等温过程的性质和示意图- 绝热过程的性质和示意图- 理想气体的等温、绝热过程公式6. 热力学循环- 闭合系统的热力学循环- 热机效率和制冷系数- 卡诺循环和卡诺定理二、化学反应动力学1. 反应速率与反应级数- 反应速率的定义和表达式- 反应级数与反应速率的关系- 零级、一级和二级反应速率方程2. 碰撞理论- 碰撞理论的基本思想- 反应物分子碰撞的能量、角动量要求- 碰撞理论与反应速率的关系3. 简单化学反应动力学公式- 推导简单化学反应速率方程- 求解反应速率常数和反应级数- 缓慢反应和快速反应的判断4. 温度对反应速率的影响- 温度对反应速率的影响规律- 阿伦尼乌斯方程及其应用- 活化能和反应速率常数的关系5. 反应速率与浓度的关系- 工程级数和动力学级数的定义与区别- 工程级数和动力学级数的计算方法- 浓度对反应速率的影响规律6. 反应平衡和化学平衡常数- 反应平衡的条件- 平衡常数的定义和性质- 平衡常数与反应热力学的关系三、电化学1. 电化学基本概念- 电解质与非电解质- 电解和电极- 电池和电解槽2. 电解过程- 电解过程的基本方程- 电解过程的质量和电荷关系- 电解过程的电动势和电压3. 电池和电池电势- 电池的基本构成和工作原理- 电池的电动势和电动势方程- 电池电势和标准氢电极的关系4. 氧化还原反应- 氧化还原反应的基本概念- 氧化还原反应的电子转移和离子转移- 氧化还原反应的电子转移系数5. 电化学动力学- 过电位和极化现象- 极化曲线和电解过程的动力学- 电化学反应的速率方程和电流效率6. 腐蚀与防护- 金属腐蚀的基本机理- 腐蚀速率与电流密度的关系- 防腐涂层和电阻涂层的应用以上是物理化学大一知识点的笔记，涵盖了热力学、化学反应动力学和电化学三个方面的基础概念和公式。
物理化学知识点总结(热力学第一定律)
热力学第一定律一、基本概念1。
系统与环境敞开系统:与环境既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统:与环境只有能量交换而无物质交换的系统。
（经典热力学主要研究的系统）孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统.2。
状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。
根据状态函数的特点,我们把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类.广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成正比,如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大a倍,则相应的广度函数便扩大a倍。
强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度,摩尔体积等。
注:状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。
二、热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式：对于一个微小的变化状态为：dU=公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。
它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。
或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。
这里的W既包括体积功也包括非体积功.以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。
它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。
三、体积功的计算1。
如果系统与环境之间有界面,系统的体积变化时，便克服外力做功。
将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。
当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积因为我们假设活塞没有质量和摩擦,所以此活塞实际上只代表系统与环境之间可以自由移动的界面。
工程热力学-1-基本概念
p f (T , v ) T f ( p , v ) v f ( p , T )
pv R g T
30
状态参数坐标图
简单可压缩系N=2，是平面坐标图。
p
1
1）系统任何平衡态可表 示在坐标图上。 2）过程线中任意一点为 平衡态。
2
v
3）非平衡态无法在图上 用实线表示。
31
第1章 基本概念
33
一般过程
p1 = p0 T1 = T0
突然加上重物 p2 = p0+重物 最终 T2 = T0
p0，T0
p
2.
p1，T1 p2，T2
.
1
v
34
准平衡过程
p1 = p0 T1 = T0
假如重物有无限多层 每次只加上无限薄一层 系统随时接近于平衡态
p0，T0
p
2.
p1，T1
.
1
v
35
准平衡过程有实际意义吗？
0
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9
0
18
基本状态参数：压力
单位面积上承受的垂直作用力 物理中压强，单位Pa，N/m2 常用单位：
1 1 1 1 1 1 1 kPa = 103 Pa（千帕） MPa = 106 Pa （兆帕） bar = 105 Pa （巴） atm = 760 mmHg = 1.01325×105 Pa （标准大气压） mmHg = 133.3 Pa （毫米汞柱） mmH2O = 9.81Pa （毫米水柱） at = 1 kgf/cm2 = 9.81 × 104 Pa （工程大气压）
4
系统、外界和边界
5
划分热力系举例
《工程热力学》 第一章—基本概念
状态参数的分类
★ 基本状态参数：可以直接测量的状态参数。 如压力p、温度T、比体积v。 ★ 导出状态参数：由基本状态参数间接求得的 参数。 如内能U、焓H、熵S等。
1. 压力
● 压力的定义
◆ 沿垂直方向作用在单位面积上的力称为压
力（即物理中压强）。
◆ 对于容器内的气态工质来说，压力是大量 气 体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞 击 作用力的宏观统计结果。
压力的单位
压力的单位是N/m2 ，符号是帕（Pa）
常用压力单位的换算见附表1（222页）
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 at = 1 kgf/ cm2 = 9.8067 104 Pa
1 MPa = 106Pa＝ 103kPa＝ 10bar
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、
如果系统的宏观状态不随时间变化，则该系
统处于平衡状态。
● 不能把平衡态简单地说成不随时间而改变的状态， 也不能说成外界条件不变的状态。
平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化的状态。 ● 平衡与均匀：均匀系统一定处于平衡状态，
反之则不然。
● 实现平衡的条件
◆ 热平衡 ◆ 力平衡 ◆ 相平衡 ◆ 化学平衡 温度相等 压力相等 各相间化学位相等 反应物与生成物化学 位相等
2. 温度
◆ 传统：温度是物体冷热程度的标志。
◆ 微观：温度是衡量分子平均动能的量度。
T 0.5 m c2 T=0 0.5 m c2=0 分子一切运动停止，零动能。
● 热力学第零定律
◆ 热平衡：不同物体的冷热程度相同，则它们处于热平衡。 ◆ 热力学第零定律（热力学中的一个基本实验结果）： 若两个热力系分别与第三个热力系处于热平衡，那么这 两个热力系也处于热平衡。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章热力学基本概念
一、是非题
1．只有处于平衡状态的系统才可用状态参数p、v、T来描写( )。
2．对处于非平衡状态的系统各强度参数是不可能确定的( )，各尺度参数也是不可能确定的( )。
3．尺度量具有可加性( )，强度量也具有可加性( )。
4．系统的总容积V是尺度量( )，比容v也是尺度量( )。
5．真空度是用百分数表示的( )。
6．平衡状态是不随时间改变的状态( )，它一定是均匀状态( )。
7．若容器中气体的压力没有改变则压力表上的读数就一定不会改变( )。
8．容器中水蒸气和水共存时，不能视为纯物质（）。
9．各种气体的气体常数都相同（）。
二、选择题
1．( )与测温介质的物性无关，因而可作为度量温度的客观标准。
(a)热力学温标；(b)理想气体温标；(c)经验温标。
2．在国际单位制中压力的单位是( )。
(a)帕；(b)巴；(c)工程大气压。
3．在国际单位制中温度的单位是( )。
(a)开尔文(K)；(b)摄氏度(℃)；(c)华氏度( )。
4．气体的( )与当时当地的大气压力有关，而( )与之无关。
(a)绝对压力；(b)表压力；(c)真空度。
5．1 Pa、1bar和1at的关系是( )。
(a)1at＞1bar＞1 Pa；(b)1 Pa＞1bar＞1at；(c)1bar＞1at＞1 Pa。
三、习题
1—1 确定与1bar压力相当的液柱高度，假定测压流体为酒精(其密度为0．82×103kg／m3)。
1—2 如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：
(1)绝对压力为0．15MPa时的表压力；
(2)真空计上读数为500mm水银柱时气体的绝对压力；
(3)绝对压力的0．5bar时相应的真空度(mbar)；
(4)表压力为2．5bar时的绝对压力(kPa)。
1—3用水银压力计测量容器中气体的压力时，为避免水银蒸发，在水银柱上加一段水，水高1020mm，水银柱高900mm，如图1-12所示。
当时当地气压计上水银柱高度为=755mm，求容器内气体的绝对压力多少MPa和多少at?
图1—12
1—4 测冷凝器中压力的真空计上水银柱高度为
=
p
600mm，气压计上水银柱的高度为
= 755mm，求容器中气体的绝对压力为多少MPa及多少at?又若冷凝器内气体压力维持不变，而大气压力变化到=770mm水银柱，问此时真空表上的读数有变化吗?如有，变为多少?
1—5 锅炉烟道中的烟气压力常用上部开口的斜管测量，如图1—13所示。
若已知斜管倾角o
30=
α，压力计中使用ρ=0．8g/cm3的煤油，斜管中液柱长度L＝200mm，当地大气压力P b=10．1MPa。
求烟气的绝对压力(用MPa及at表示)。
图1-13 图1-14
1—6 某容器被一刚性壁分为两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图1—14所示。
压力表B上的读数为75kPa，表C上的读数为0．11MPa。
如果大气压力为97kPa，试确定表A上的读数，及容器两部分内气体的绝对压力。
1—7 上题中，若表C为真空计，读数为24kPa，表B读数为36kPa，试确定表A的读数(MPa)。
1—8 一实验设备中空气流过管道，利用压差计测量孔板两边的压差。
如果使用的是水银压差计，测得液柱高为300mm，水银密度为13．60g/cm3(图1—15)，试确定孔板两边的压差。
l—9 气体盛在A,B两气缸内，用一个具有不同直径的活塞联在一起，如图1—16。
活塞的质量为10kg，气体在缸A内的压力2kgf/cm2。
试计算气缸B内气体的压力为多少kgf/cm2。
图1-15 图1—16
1—10 气体初态为P1=0.5MPa、V1＝0．4m3，在压力为定值的条件下膨胀到V2＝0．8m3，求气体膨胀所作的功。
1—11 某气缸内盛气体，缸内活塞自重2kgf,面积为16cm2，上方压有质量为m的重物。
上述系统处于平衡时，测得缸内气体表压力为0．2MPa。
求活塞上重物的质量m。
1—12一个温度标尺，单位为“米制度”，用“M”表示。
在此温度标尺上选取水的冰点和汽点分别为100 M及1000 M。
(1)如果标尺是线性的，试导出该温度标尺的温度T M与相应的摄氏温标上的读数T C间的关系；
(2)在此新的温度标尺上，热力学温标的绝对零度所对应的度数为多少?
1-13 一个新的温度标尺[我们称之为热力学度( T)]这样来定义：水的冰点和汽点分别
取为10 T及210 T。
(1)如果温度标尺是线性的，试导出用热力学度表示的温度T T与相应的摄氏温标上的读数T C之间的关系式；
(2)若此温标上的读数为0 T，则绝对温度为多少K?
1—14 理想气体状态方程式为pv＝R g T,试导出：
(1)定温下气体p、v间的关系：
(2)定压下气体v、T间的关系；
(3)定容下气体p、T间的关系。
1—15 把CO2压送到容积为3m3的贮气罐里，气罐内起始表压力P e1=230kPa，终了时表压
力P e2＝0.3MPa，温度由
C
t o
45
1
=增到到C
t o
70
2
=。
试求被压入的CO
2
的质量。
当时
当地大气压P b＝0．1MPa。
四、计算机应用、工程设计及讨论
1．写一计算机程序表示用SI单位给出的压力与水柱及汞柱间的关系的线。
2．设计一个方案用标准水银温度计为基准作出热电偶温度计的毫伏一温度关系曲线。
3．引入平衡态及准平衡过程的意义何在?对工程实践有什么重要作用?实施准静过程需要什么条件?
4．状态参数有什么特点，状态参数坐标图有什么用途?。