2. 1 热力学基本概念
第二章--热力学第一定律(1.)
如封闭系统一定量某理想气体的体积是温度压力的函数, 即V=f(T,p)
则体积的微分可写成:dV= VTpdTVpTdp
11
由状态1变到状态2的体积改变量为:
ΔV=
V2
V1
dVV2
V1
状态函数沿闭合回路的积分为零:∮dV=0
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β
α 始态Ⅰ，XⅠ
终态Ⅱ，XⅡ
γ
δ
中间态Ⅰ′， XⅠ′
α:ΔX = XⅡ- XⅠ β:ΔX = XⅡ- XⅠ γ:ΔX = ( XⅡ- XⅠ′) + (XⅠ′-X1) =XⅡ- XⅠ
δ :ΔX = XⅠ - XⅠ = 0
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△p=p2-p1 △V=V2-V1 △T=T2-T1 状态函数的增量=系统终态的函数值-系统始态的函数值
系统
孤立系统（隔离系统）：系统与环境之间无物质和能量的交 换。
封闭系统：系统与环境之间无物质交换，有能量交换。
敞开系统：系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。
2
❖ 封闭系统是热力学研究的基础,一般除特殊注 明外均为封闭系统。
❖ 绝对的孤立系统是不存在的理想情况，是人 为的抽象。
❖ (1) 封闭系统+环境→孤立系统 (2)绝热、恒容且无非体积功的封闭系统即
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❖ 系统的变化过程分为:pVT变化;相变化;化 学变化
❖ 几种主要的pVT变化过程: ❖ （1）恒温过程：T1=T2=Tamb ❖ （2）恒压过程：p1=p2=pamb
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（3）恒容过程：在整个过程中，系统的 体积保持不变。
（4）恒外压过程：pamb =常数 （5）自由膨胀过程：pamb =0 （6）绝热过程：Q=0 （7）循环过程：所有状态函数的增量为 零。
第二章 化学热力学基础
强度性质：体系的性质在数值上与体 系中物质的量无关，不具加和性。如温度、 压力、浓度、密度等。
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2.1.4 过程与途径
过程：体系状态发生变化的经过称为过程。 途径：完成过程的具体步骤称为途径。 298K, H2O（g) 途径1 298K,H2O(l) 始态 373K,H2O(l) 途径2
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状态函数：确定体系状态的宏观物理量 称为体系的状态函数。如质量、温度、压 力、体积、密度、组成等是状态函数。 状态函数的特点： 1. 体系的状态一定，状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和 终态决定，与体系经过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
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能量守恒定律：自然界的一切物质都具 有能量，能量有不同的形式，能量可从一个 物体传递给另一个物体，也可从一种形式转 化为另一种形式，在传递和转化过程中，能 量总值不变。适用于宏观体系和微观体系。 电能 → 光能 化学能 → 机械能 机械能 → 电能
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（电灯） （内燃机） （发电机）
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反应进度ξ表示化学反应进行的程度。 aA t=0 t + dD = gG + hH nD(0) nD (t) nG(0) nG (t) nH(0) nH (t)
nA(0) nA(t)
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n B (t ) nB (0)
B
nB
B
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例：
t=0 t
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（2）注明物质的物态(g、l、s)或浓度， 如果固态物质有几种晶型，应注明晶型(P 有白磷、红磷，C有金刚石、石墨等). （3）反应热的数值与反应方程式的写法 有关。如：
热力学基础(1-2)
盖斯定律： 化学反应不管是一步完成还是分 几步完成，其反应热总是相同的。
P29 试由键能计算下列发应的焓变 CH3CH3(g) ② C(g) + 6H(g)
根据Hess定律： H ② = H ① + H ③ ∵ H ①=rH m, H ②=bH m(C-C, 6C-H), H ③=bH (C=C, 4C-H, H-H) ∴ rH m= bH m(C-C, 6C-H)－bH m(C=C, 4C-H, 反应物 产物 H-H)
反应进度必须对应具体的反应方程式。
3.热化学方程式 表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓 变)关系的化学反应方程式。 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) mol △ rHm 298 = -483.64kJ· -1
△ rHm 称为反应的标准摩尔焓变。
标准状态： 气体：T，p = p =100kPa 液、固体：T，p 下，纯物质 溶液：溶质B，bB=b =1mol· -1 kg cB=c =1mol· -1 L
敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。
封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。
隔离体系：与环境既无物质也无能量交换。
2.1.2 状态和状态函数
状态(state)：系统的宏观性质的综合表现。 状态函数(state function)：描述系统性质的物 理量。(p,V,T) 特点：① 状态一定,状态函数一定。 ② 状态变化,状态函数也随之而变(未 必所有状态函数都要变化)。
U 2 U1 U
热力学能变化只与始态、终态有关，与 变化途径无关。
2.2.3 热力学第一定律
(first law of thermodynamics)
能量具有各种不同的形式，它们之间可以相 互转化，而且在转化的过程中能量的总值不变！ 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。 Q U1 W U2 U2 = U 1 + Q + W U2 - U 1 = Q + W
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。
热力学知识：热力学中热力学的基本概念和热力学的法则
热力学知识：热力学中热力学的基本概念和热力学的法则热力学是研究热和能量转移的学科，应用广泛，涉及到机械工程、化学工程、环境科学、生物学等领域。
本文将从热力学的基本概念和热力学的法则两个方面进行解析。
一、热力学的基本概念1.热：是物质内部分子的运动状态的表现，是能量的形式之一。
2.温度：是物质内部分子运动状态的一种量化描述，是热的量度单位。
3.热量：是在物体之间传递的能量。
4.功：是物体克服外部阻力所做的能量转移工作。
5.内能：物体中分子的运动状态的总和，包括分子的动能和势能。
6.热力学第一定律：能量守恒定律，能量在系统内可以相互转化，但总能量不变。
7.热力学第二定律：热量只能从高温物体向低温物体传递，不可能实现温度无限制提高或降低的过程。
同时，系统中的熵量增加，在孤立系统中不可逆过程的熵增加定律，表明自然界趋向于混沌无序的趋势。
二、热力学的法则1.热力学第一定律热力学第一定律又称为能量守恒定律，表明在任何物理或化学变化中，能量都必须得到守恒。
能够实现一个系统的内部能量的增加或减少，但能量不会被消失或产生。
因此，热力学第一定律是所有热力学问题的基础。
2.热力学第二定律热力学第二定律又称为热力学不可能定律，是热力学领域最基本的性质之一。
这个定律表明，热会自然地从高温物体流向低温物体，而不会自然地从低温物体流向高温物体。
这就是为什么人们需要用加热器加热房间，在使用机器的内部需要用冷却器来降温的原因。
这个定律还表明，任何热量转换为功的过程都是不完美的，因为它们都会产生一些热量。
3.熵增定律热力学第二定律中提出的熵增定律是热力学的基本法则之一。
熵是一种物理量，表示系统的混乱程度。
热力学第二定律表明，系统内的熵总是增加，系统始终趋向于混沌无序。
例如，一杯水细心地倒入一匀净的玻璃杯中，水会保持有序结构，但是把水撒到桌子上，水会漫无目的地散云化开来，这就是熵增的过程。
总之，热力学是一个研究热和能量转移的学科，这些热力学的基本概念和热力学的法则是全球科学研究和工业实践的基础。
热力学基本概念
准静态过程: 状态变化过程进行得非常缓慢, 以至于过 程中的每一个中间状态都近似于平衡态.
p
准静态过程的过程曲线可以用 p-V图来描述,图上的每一点分 别 表示系统的一个平衡态.
(pA,VA,TA) ( PC,VC,TC )
(pB,VB,TB)
O
V
➢ 理想气体状态方程
在任何情况下严格遵守“波-马定律” 、 “盖-吕定律”以 及“查理定律”的气体称为理想气体.
一般气体看作理想气体: 压力不太大(与大气压比较)
温度不太低(与室温比较)
由三定律:
p 1V1 = p 2V2 = … = 恒量
T1
T2
(质量不变)
p,V,T → p 0,V 0,T0 (标准状态)
标准状态: p 0 = 1.01325 ×105 Pa V mol = 22.4 × 10-3 m 3 • mol -1
一种基本的科学温标. 水三相点(气态、液态、固态的共存状态) 为273.16 K .
摄氏温标和绝对温标的换算： T = 273.15 + t
➢ 平衡态和准静态过程 平衡态: 在不受外界影响的条件下, 无论初始状态如何,
系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态.
热力学过程: 热力学系统的状态随时间发生变化的过程.
大学物理
热力学基础
第1讲 热力学的基本概念
➢ 热力学系统 在热力学中把有大量分子组成的宏观物体( 气体、
液 体、固体) 称为热力学系统, 简称系统.
系统以外与系统有着相互作用的环境称为外界.
孤立系统: 与外界不发生任何能量和物质交换 的热力学系统.
封闭系统: 与外界只有能量交换而没有物质交 换的系统. 绝热系统: 与外界没有热量交换的系统.
第二章__热力学第一定律(1.)
§2-1 热力学基本概念
几种重要过程： 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。 ）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。 ）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。 ）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能量的交换。 ）绝热过程：在整个过程中，系统与环境之间无热能量的交换。 （5）循环过程：系统经历一个过程后，又回到原来的状态。 ）循环过程：系统经历一个过程后，又回到原来的状态。
§2-1 热力学基本概念
6、状态方程 、 状态方程：系统处于热力学平衡状态时，系统状态函数时间的关系。 状态方程：系统处于热力学平衡状态时，系统状态函数时间的关系。 状态方程一般从实验中得出。 状态方程一般从实验中得出。 例：单组分均相系统， 有 V= f( P,T,n ) 单组分均相系统， 若物质的量一定， 若物质的量一定， 则 V= f( P,T ) 多组分均相系统， V= f( P,T,n1,n2,… ) 多组分均相系统， （1） 理想气体的状态方程 ） PV = n RT PVm = RT （2）真实气体状态方程 范德华方程 ）真实气体状态方程—范德华方程 （3）混合理想气体的道尔顿分压定律 ） P = ∑Pi 7、过程方程 、 PiV = ni RT PV = n RT Pi / P = ni / n = xi Pi = P xi
第二章 热力学第一定律
引言：
热力学概论
热力学第一定律，是关于能量守恒和转化定律， 热力学第一定律，是关于能量守恒和转化定律，是人们 实践经验的总结。 年左右， 实践经验的总结。大约在1850年左右，法国人 Mayer （1814-1878），英国人 Joule（1818-1869）和 英国人 分别总结出了这一定律。 Grove (1811-1896)分别总结出了这一定律。而Joule是 最先用科学实验确立热力学第一定律的人。 最先用科学实验确立热力学第一定律的人。他于1840年间做了一系列的实验，得出较精确的实验结果， 1848年间做了一系列的实验，得出较精确的实验结果， 1Cal=4.157J, 很接近4.184J/Cal.
热力学基本概念
热力学基本概念热力学是研究热能与其他形式能量之间转化和传递规律的科学学科。
它涉及到一系列基本概念和定律，这些概念和定律是理解和应用热力学的基础。
本文将介绍热力学中的几个基本概念，包括热、温度、功、热容和熵。
一、热热是一种能量传递方式，当物体与外界存在温度差时，热就会从高温物体传递到低温物体。
热是热力学系统与外界之间的能量交换形式之一。
热的单位是焦耳（J）。
二、温度温度是表征物体热状态的物理量，它反映了物体中分子的平均热运动程度。
温度用开尔文（K）作为单位，也可以使用摄氏度（℃）或华氏度（℉）进行表示。
热力学中的零绝对温标是绝对零度，对应着开尔文的0K。
三、功功是热力学系统与外界相互作用过程中的能量传递形式之一。
当一个物体受到外力作用，同时沿着力的方向发生位移时，就会进行功的交换。
功的单位也是焦耳（J）。
四、热容热容描述了物体受热后温度变化的程度。
它是指单位质量物体温度升高1K（或1℃）所需要吸收或放出的热量。
热容的单位可以是焦耳/开尔文（J/K）、焦耳/摄氏度（J/℃）或卡路里/开尔文（cal/K）。
五、熵熵是用来描述系统无序程度的物理量。
它是热力学第二定律的核心概念，表示系统的混乱程度或无序程度。
熵的增加代表着系统趋于混乱，反之则代表着系统趋于有序。
熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。
在热力学中，这些基本概念相互联系、相互影响，通过热力学定律加以描述和解释。
例如，热力学第一定律表示能量守恒，即能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的数量保持不变。
热力学第二定律则说明了在孤立系统中热流只会从高温物体流向低温物体，并且系统的熵将不断增加。
通过对这些基本概念的理解和应用，我们可以更好地理解和研究能量的转化和传递过程。
热力学在能源、化学、物理等领域都有广泛的应用，并对相关工程和技术的发展起到了重要的推动作用。
总结起来，热力学基本概念包括热、温度、功、热容和熵。
这些概念相互联系、相互作用，通过热力学定律来描述和解释。
高中化学第一章复习教案：了解热力学基本概念和状态函数
高中化学第一章复习教案：了解热力学基本概念和状态函数。
一、热力学基本概念1.热力学系统：指以特定程度的控制，封闭的宏观物体或物质。
2.热力学第一定律：能量守恒定律。
能量不可能自行从低温物体传输到高温物体，而需要外部能量输入才能实现。
3.热力学第二定律：熵增定律。
所有封闭系统都会趋向于处于一种更加无序的状态。
4.热力学第三定律：绝对温标定律。
所有物体的熵都趋向于在绝对零度时为零。
二、状态函数状态函数是一个描述系统状态的函数，其值只取决于系统状态，而不取决于系统的过程。
1.热容：单位质量的物质在温度变化时吸收或放出的热量和温度变化之间的比值，称为该物质的热容。
常用符号为C。
2.摩尔热容：单位摩尔的物质在温度变化时吸收或放出的热量和温度变化之间的比值，称为该物质的摩尔热容。
常用符号为Cm。
3.焓：定义为系统在压力不变的情况下吸收或放出的能量，常用符号为H。
4.焓变：两个状态函数之间的差值。
5.熵：描述系统的有序程度与混乱程度，单位为焦耳/摄氏度，常用符号为S。
6.自由能：系统可做的气功或其他功与系统的温度和熵的乘积之和，常用符号为G。
三、热力学基本公式1.内能公式：ΔU=Q+W，Q为吸放热量，W为功。
2.焓公式：ΔH=Qp，在压力不变的情况下，焓变等于吸放的热量。
3.无限小热力学第二定律：dS≥0，在封闭系统中，系统的熵始终趋向于增加。
4.热力学第三定律公式：S=0，当物体的温度趋向于绝对零度时，熵趋向于零。
四、应用案例1.热容应用：在制冷空调系统中，需要知道工质的热容，从而确定其制冷性能。
2.摩尔热容应用：对于许多化学反应，需要了解反应热容以确定其热力学特性。
3.焓应用：在实际工程计算中，需要根据焓变和功的关系来计算压力、温度等重要参数。
4.熵应用：计算化学反应的平衡常数时，需要使用由熵相关数学公式得到的结果。
五、总结本教案介绍了热力学的基本概念和状态函数，通过一系列公式和案例的讲解，帮助学生巩固相关知识，为进一步学习和应用热力学知识打下坚实的基础。
热学中的术语与基本概念
ξ
0 ξ1
ξ2
Δn1 (H 2 ) (7.0 − 10.0)mol ξ1 = = = 1.0mol ν (H 2 ) −3 Δn1 (NH 3 ) (2.0 − 0)mol ξ1 = = = 1.0mol ν (NH 3 ) 2 ξ 2 = 1.5mol
Δ n1 (N 2 ) ( 2 .0 − 3 .0 ) mol = = 1 .0 mol ξ1 = −1 ν (N 2 )
（4）不同计量系数的同一反应，其摩尔反应热不同
H2（g） + 1/2O2（g） = H2O（g） △ rH m = -241.8 kJ⋅mol-1 2H2（g） + O2（g） =2H2O（g）
△ rH m = - 483.6 kJ⋅mol-1
（5）正逆反应的反应热效应数值相等，符号相反
2H2（g） + O2（g） = 2H2O（g） △ rH m = -483.6 kJ⋅mol-1 2H2O（g） = 2H2（g）+ O2（g） △ rH m = + 483.6 kJ⋅mol-1
第二章 热化学
§2.1 热力学术语和基本概念 §2.2 热力学第一定律
§2.1 热力学术语和基本概念
2.1.1 系统和环境 2.1.2 状态和状态函数 2.1.3 过程 2.1.4 相 2.1.5 化学反应计量式和反应进度
2.1.1 系统和环境
系统：被研究对象。 环境：系统外与其密切相关的部分。 敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换。 封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。 隔离系统：与环境无物质、能量交换。
生成反应：由单质生成化合物的反应称为生成 反应。如： 2H2(g) + O2(g) C(s) + O2(g) 2H2O(l) CO2(g)
物理化学 第二章 热力学第一定律
（1）不能说系统某一状态有多少热，只能说过程的热是 多少。过程的功只能表示为Q，不能表示为∆Q。 （2）同一始末态，途径不同，热的值也不同
注意：热是过程中系统与环境交换的能量。 系统内的不同部分之间交换的能量不应称为热。
尽管 TA TB，但系统和环境间交换的Q＝0
绝热
AA
B
热力学能
而与环境交换的能量。 非体积功：除体积功以外一切其他形式的功。如，电
功、表面功。符号： W/
2.体积功
dl V
F pamb As
dl V
F pamb As
活塞位移方向
系统压缩(环境作功)
W 0, dV 0 W Fdl pamb Asdl pambdV
活塞位移方向
判断：
喷射前
喷射中
喷射后
状态和状态函数
1.概念
状态：静止系统内部的状态，即热力学状态。
状态函数：描述系统状态的宏观性质（如P，T，V，U，S， A，G 等）。
热力学用系统所有的性质描述它所处的状态。状态确定
后，系统所有性质有确定值，性质随状态的确定而确定，
是状态的函数。
描述
所有性质 （T、P、V、 ρ 、η 等）
（1）热与途径有关
途径a、b有相同始末态，则 Qa Wa Q b Wb
∵不同途径 Wa Wb
∴ Qa Qb
（2）第一类永动机不可能造成。
§2.3 恒容热、恒压热，焓
恒容热 恒压热 焓 QV=△U,Qp=△H两式的意义
一、恒容热：系统在恒容且非体积功为零的过
程中与环境交换的热。符号：QV
步骤a1
H2O(l) 80℃ 47.360kPa
2.1热力学基本概念
(2)定容过程的功 dV＝0，W＝0
p2 V1 V2 V
(3)自由膨胀过程（向真空膨胀） pamb = 0， W = 0
对抗恒定外压过程的功
(4)可逆过程的体积功
可逆过程,外压和内压相差无穷小
W pdV
V1
V2
理想气体，pV＝nRT，则
W
V2 V2 T nRT dV nR dV V1 V V
第二章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
热力学概述Introduction of thermodynamics
1. 热力学的研究内容 （1）平衡热力学（经典热力学） （2）非平衡热力学
2. 平衡热力学的特点
（1）研究对象：大量粒子组成的宏观体系（热力学的 结论不适用于微观体系中单独粒子或少量粒子的行为）
解：( 1 ) W = 0 ( 因pamb = 0 ) ( 2 ) W = －101.3×1 J = －101.3 J ( 3 ) W = －pamb[ nRT( 1 / p2－1 / p1 ) ] = [－101.3×10×8.314×300( 1 / 101.3－1 / 1013 )] J = 22.45 kJ ( 4 ) W = nRTln( p2 / p1 ) = [ 10×8.314×300ln( 101.3 / 1013 ) ] J = －57.43 kJ
（2）研究方法：在经验定律的基础上，通过演绎的方 法，得出一般性的规律。（高度的普适性和可靠性） （3）只考虑过程的初、末态，不考虑过程的细节。 （知其然，不知其所以然）
§2.1 热力学基本概念
1.系统[体系]和环境
系统（system） 在科学研究时必须先确定研究对象，把研 究的对象称为系统或体系。 环境（surroundings） 系统以外的与系统相联系的那部分物质 称为环境。 隔开系统与环境的界面可以是实际存在 的，也可以是想象的，实际上并不存在的。
热力学基本概念
热力学基本概念热力学是研究热与能的转换以及它们之间关系的学科，是研究物质在宏观和微观层面上的热现象和能量转移的科学。
热力学基本概念包括热、温度、热力学系统、态函数、热容、热力学第一定律和热力学第二定律等。
1. 热在热力学中，热是指物体之间能量传递的方式。
当两个物体的温度不相同时，它们之间就会发生能量的转移，这种能量转移就是热。
热可以引起物体的温度变化以及其他物理和化学变化。
2. 温度温度是反映物体热程度高低的物理量。
热力学温度是根据物体热平衡状态下的性质定义的。
按照热力学第零定律，当两个物体达到热平衡时，它们的温度是相等的。
温度常用单位是摄氏度、开尔文和华氏度。
3. 热力学系统热力学系统是指研究对象，可以是一个物体、一组物体或者更大范围的物质。
根据与外界能量和物质交换的情况，热力学系统分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
- 封闭系统：封闭系统与外界的物质交换被禁止，但能量可以在系统和外界之间进行交换。
- 开放系统：开放系统和外界的能量和物质交换都是允许的。
- 孤立系统：孤立系统既不能与外界交换物质，也不能与外界交换能量。
4. 态函数态函数是热力学系统状态的特征量，与系统的初始和末状态无关。
常用的态函数有温度、压强、体积、内能、焓、熵等。
态函数在热力学的计算中具有很重要的作用。
5. 热容热容是物体吸收或释放热量时的温度变化与热量变化之间的比例关系。
热容可以分为定压热容和定容热容。
- 定压热容：在恒定压力下，物体温度升高1度所吸收的热量与温度变化之比。
- 定容热容：在恒定体积下，物体温度升高1度所吸收的热量与温度变化之比。
6. 热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，指出能量既不能创造也不能销毁，只能从一种形式转化为另一种形式，系统内能的变化等于系统所吸收的热量与所做的功的代数和。
7. 热力学第二定律热力学第二定律是指自然界中存在一种基本规律，即热量无法从热量低的物体自发地传递到热量高的物体，而是自发地从高温物体传递到低温物体。
热力学中的基本概念及应用
热力学中的基本概念及应用热力学是一门物理学科，研究的是热量和功的传递关系，以及微观粒子对宏观物质性质和状态的影响。
在热力学当中，有一些基本概念和定理，这些概念和定理非常重要，是我们理解和应用热力学知识的基础。
一、热力学基本概念1. 系统系统是指我们研究的物体或物质，它可以是一个独立的物体，也可以是多个物体共同组成的系统。
在研究热力学问题的时候，我们需要把系统和外界分开考虑，从而确定系统的性质和状态。
2. 热量热量是指物体内部的热运动的能量，通常用Q表示。
当两个物体的温度不同的时候，它们之间会发生热传递，也就是热流动，这时就会有热量在两个物体之间转移。
3. 温度温度是衡量物体热度高低的物理量，通常用T表示。
温度越高，物体的分子运动越剧烈，能量就越大。
温度的单位是“开尔文(K)”，也可以用摄氏度(℃)表示。
4. 压力压力是指单位面积下物体所受的压力，通常用p表示。
压力越大，物体就越容易被压缩。
5. 热力学定律热力学中有三个基本定律，它们分别是：热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
这些定律是热力学的基本法则，它们被广泛应用于各种领域。
二、热力学应用热力学不仅是一门理论学科，还应用于很多实际问题当中。
下面我们来看看一些热力学应用的例子。
1. 冷却器冷却器是一种将热量转移出去的设备，它通常用于发动机、电子设备等地方。
在冷却器中，通过流过散热片的冷却液，将发动机产生的热量转移到空气中，从而保持发动机的工作温度。
2. 发电厂发电厂是一种将热能转化为电能的设备。
在发电厂中，首先需要产生热量，这个热量可以来自于燃烧煤、燃气或核聚变反应。
然后，这个热量会使得水变成蒸汽，推动涡轮旋转，最终产生电能。
3. 空调空调是一种将室内热量转移到外界的设备，通过空调可以使得室内温度保持在舒适的范围内。
在空调中，通过制冷剂的循环来吸收室内的热量，然后将这个热量传递到室外，从而达到降温的目的。
总结热力学是一门非常重要的物理学科，它帮助我们理解了物体的热运动和温度变化，也启示我们将热能转化为其他形式的能量。
热力学的基本概念与原理
热力学的基本概念与原理热力学是研究能量转化和传递规律的一门科学，它探讨了自然界中的能量转换与热传递。
本文将介绍热力学的基本概念和原理，包括热力学系统、热力学变量、热力学第一、第二定律以及熵等内容。
1. 热力学系统热力学系统指的是由一定数量的物质组成的研究对象。
根据系统与外界的交互关系，可以将系统分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
封闭系统与外界只有能量交流，开放系统还可以进行物质的交换，而孤立系统既不与外界交换能量也不与外界交换物质。
2. 热力学变量热力学研究的物质系统可通过一组描述性的物理量来刻画，这些量被称为热力学变量。
常见的热力学变量包括温度、压力、体积和物质的数量等。
其中，温度是热力学中最基本的概念，它反映了系统内分子运动的快慢程度。
3. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述。
它表明能量不会从系统中消失，也不会从系统外部产生，而是在能量的形式之间进行转换。
根据热力学第一定律，系统的能量变化等于系统所吸收的热量与所做的功的代数和。
4. 热力学第二定律热力学第二定律描述了能量转化过程中存在的一种不可逆现象，即熵的增加。
熵是描述系统无序程度的物理量，也是衡量能量转化效率的指标。
热力学第二定律有多种表述形式，其中一种较为常见的是克劳修斯表述，它指出孤立系统的熵不会减小，即自然界中不可逆现象普遍存在。
5. 热力学循环热力学循环是指系统状态依次变化并返回初始状态的过程。
在热力学循环中，系统通过吸收热量和做功来完成能量转化。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和朗肯循环等。
总结热力学作为一门基础科学，研究了能量转化和传递的基本原理。
本文介绍了热力学系统、热力学变量、热力学第一、第二定律以及熵等内容。
通过学习热力学，我们能够更好地理解自然界中能量转化的规律，并为能源利用和工程设计等领域提供理论指导。
第二章__热力学第一定律(2)
§2-2 热力学第一定律
四、热和功
1、热：在系统和环境之间由于存在温度差而传递的能量，符号Q。 、 在系统和环境之间由于存在温度差而传递的能量，符号 。 热是大量粒子以无序运动传递的热量，是非状态函数。 热是大量粒子以无序运动传递的热量，是非状态函数。 热 显热：伴随系统本身温度变化而传递的热。 显热：伴随系统本身温度变化而传递的热。 潜热：系统在传递热量的过程中，本身的温度不变。 潜热：系统在传递热量的过程中，本身的温度不变。 （等温过程的化学反应热；等温等压过程的相变热） 等温过程的化学反应热；等温等压过程的相变热） 2、功：除热以外，系统与环境之间传递的其它能量，符号W。 、 除热以外，系统与环境之间传递的其它能量，符号 。 功是大量粒子以有序运动传递的热量，是非状态函数。 功是大量粒子以有序运动传递的热量，是非状态函数。 体积功：系统由于体积变化而传递的功。 体积功：系统由于体积变化而传递的功。 功 非体积功（有用功）：除体积功以外的功。 非体积功（有用功）：除体积功以外的功。 ）：除体积功以外的功 （电磁功、表面功等） 电磁功、表面功等）
∆r H = ξ ⋅ ∆r Hm
o o o ∆ r H （298） ∑ γ B ∆ f H （298） − ∑ γ B ∆ c H （298） = = m m m B B
化学反应
∆ r H （T） ∆ r H （298） ∫ = +
o m o m
T
298
∑γ
B
B
C p ,m ,B dT
Q p = Qv + ∆ng RT
∆H = H2 − H1 = (U2 + p2V2 ) − (U1 + p1V1 )
= (U2 −U1 ) + ( p2V2 − p1V1 ) = p2V2 − p1V1
热力学与统计物理学的基础概念
热力学与统计物理学的基础概念热力学与统计物理学是研究物质能量转化和热量传递规律的学科，是物理学的重要分支之一。
本文将介绍热力学与统计物理学的基本概念和原理。
一、热力学基本概念1. 热力学系统热力学系统是指我们研究的物体或物质，可以是一个单独的物体，也可以是若干个物体构成的系统。
热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统三类。
2. 状态函数状态函数是描述热力学系统状态的基本属性，与路径无关，只与热力学系统的初始状态和终止状态有关。
常见的状态函数有内能、熵、体积等。
3. 热平衡当两个物体之间没有温度差异时，它们处于热平衡状态。
在热平衡状态下，两个物体的温度相等，热量不再流动。
二、热力学基本定律1. 第一定律：能量守恒定律能量在物质之间的转化过程中不会增加或减少，只会从一种形式转化为另一种形式。
根据第一定律，系统的能量变化等于系统所吸收的热量减去对外界所做的功。
2. 第二定律：热力学箭头定律热力学箭头定律表明，在没有外界干扰的情况下，热能只能从高温物体传递到低温物体，热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
3. 第三定律：绝对零度绝对零度是温度的最低极限，等于绝对零度的物体处于无序状态，熵趋于零。
第三定律规定，在系统趋近于绝对零度时，系统的熵将趋近于一个确定的极限值。
三、统计物理学基本概念1. 微观态和宏观态微观态是指一个物理系统在一定时刻下的具体状态，包括了系统的粒子分布、动量、能量等信息。
宏观态则是指整个系统的宏观性质，如温度、压强、体积等。
2. 玻尔兹曼熵玻尔兹曼熵是描述系统的无序程度的物理量，与系统的微观状态数有关，熵越大，系统的无序程度越高。
3. 统计力学统计力学是通过分析系统的微观状态来推导宏观性质的物理学方法。
通过统计物理学的方法，可以研究大规模物质系统的性质和行为。
四、热力学和统计物理学的应用热力学和统计物理学是广泛应用于能源、天文学、材料科学等领域的重要工具。
在能源领域，热力学被用于描述能量转化和热引擎的效率。
热力学基本概念和原理
热力学基本概念和原理热力学是研究能量转化和能量流动的科学领域。
它关注物质系统的宏观行为，涉及热量、功、温度等因素。
本文将介绍热力学的基本概念和原理，并探讨其在自然界和工程中的应用。
一、热力学的基本概念1. 系统和环境：在热力学中，将所研究的物质部分称为系统，而系统之外的一切称为环境。
系统和环境可以通过能量交换进行相互作用。
2. 平衡态：当系统的所有宏观性质不发生变化或者发生的变化可以忽略不计时，系统处于平衡态。
平衡态可以分为热平衡、力学平衡和相平衡。
3. 定态和循环过程：定态是指系统性质不发生变化，而循环过程则是指系统经历一系列状态变化后回到初始状态。
4. 状态参数：状态参数是用来描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。
它们与系统在平衡态时的性质有直接的关联。
二、热力学的基本原理1. 热力学第一定律：热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，指出能量在系统和环境之间的转化是平衡的。
它表明能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
数学表达式为：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表示系统对外界做的功。
根据正负号的不同，可以判断能量的流动方向。
2. 热力学第二定律：热力学第二定律描述了能量转化的方向性。
它规定了自然界中存在一个不可逆的趋势，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反过来。
这个趋势被称为热力学箭头。
根据热力学第二定律，可以引出熵的概念。
熵是一个度量系统无序程度的物理量，自然界的熵总是趋向于增加。
3. 热力学第三定律：热力学第三定律指出，在温度绝对零度（0K）时，系统的熵为零。
它为研究低温物理学和凝聚态物理学提供了基础。
热力学第三定律的重要性在于，它确定了熵计算的参考点，并为系统热平衡时的温度提供了一个下限。
三、热力学的应用1. 自然界中的应用：热力学在自然界中的应用非常广泛。
例如，它能解释太阳能如何转化为地球上的生物能，并推导出地球表面的温度分布。
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状态函数 确定体系状态 的物理量，称为状态函数。
例如某理想气体体系 n = 1 mol p = 1.013 105 Pa V = 22.4 dm3 T = 273 K 这就是一种状态。
是由 n，p，V，T 所确定下
来的体系的一种存在形式。
因而 n，p，V，T 都是体系
的状态函数。
状态一定，则体系的状态函 数一定。 体系的一个或几个状态函数
若体系在变化过程中，始态、
终态的温度和环境的温度等于一个
恒值 则称为“恒温过程”。
若体系在变化过程中，始态、
终态的压力和环境的压力等于一个
恒值 则称为“恒压过程”。
体积不变称为 “恒容过程” 若体系和环境之间无热量交换， 则称之为“绝热过程 ”。
途径 完成一个热力学过程，可
以采取多种不同的具体方式。 每一种具体方式，称为一种途径
T 一定，则 U 一定。 即若 T = 0，则 U = 0
发生了变化，则体系的状态发生
变化。
始态和终态 体系变化前的状态 称为始态，变化后的状态称为终态。 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。
例如，温度的改变量用 T 表示，则 T = T终 － T始 同样理解 n，p，V 等 的意义。
某些状态函数，如 V，n 等所 表示的体系的性质有加和性。
状态函数的改变量均一致。
下面给出其中两种途径：
0.5 105 Pa 4 dm3
1 Pa 2 dm3 105
途径 I
途径 II
2 105 Pa 1 dm3
4 10 5 Pa 0.5 dm3
p = 1 105 Pa
V = 2 dm3
恒温过程
p = 2 105 Pa
V = 1 dm3
环境。
当然，桌子，房屋，地球，太阳
等也都是环境。 但我们着眼于与体系密切相关的
环境，如水面上的空气和杯子等。
又如，若以 N2 和 O2 混合气
体中的 O2 作为体系，则 N2 是环
境，容器也是环境。
界面 体系和环境之间有时有 明确的界面，如水和杯子之间。
体系和环境之间有时又无明确的
界面，如 N2 和 O2 之间。
p = p终 － p始 = 2 105 － 1 105 = 1 105 （Pa）
p = 1 105 Pa V = 2 dm3
恒温过程
p = 2 105 Pa V = 1 dm3
V = V终 － V始 = 1 － 2 = － 1 （dm3）
2. 1. 4 体积功
在热力学过程中，体系
第二章 化学热力学初步
人们研究化学反应的目的， 有两个方面。 一是物质方面。 二是能量方面。
从物质方面考虑 如进行反应 N2 + 3 H2 —— 2 NH3
目的是制取氨。
用硫粉处理洒落的汞
S + Hg —— HgS 目的是消除单质汞，而绝不是 制备CO2 目的是获得能量，不是制取 CO2，
例如 5 dm3 气体，V = 5 dm3，
它等于体系各部分的体积之和。
V，n 等性质称为体系的
量度性质，也称为或广度性质
或容量性质。
T，p， 等性质， 无加和性，称为体系的 强度性质。
2. 1. 3 过程和途径 过程 体系的状态发生变 化，从始态到终态，则称体系 经历了一个热力学过程，简称 过程。
这种功称为体积功，以 W体 表示
W体 = － p外 V
若体积的改变量 V = 0，
则 W体 = 0
我们研究的过程与途径，若 不加以特别说明，可以认为只有 体积功。 即 W = W体
2. 1. 5 热力学能（内能） 热力学能是体系内部所有能量
之和。
它包括分子、原子的动能，势
能；核能；电子的动能 以及一
更不是为了将煤炭处理掉。
蓄电池充电的化学反应，
是为了储存能量。
化学热力学，就是从化学反应的 能量出发，去研究化学反应的方向和 进行程度的一门科学。
2. 1 基本概念
2. 1. 1 体系和环境
体系 我们研究的对象，
称为体系。 环境 体系以外的其他部
分，称为环境。
例如，我们研究杯子中的 水，则水是体系。 水面上的空气，杯子皆为
对抗外压改变体积，产生体
积功。
在一截面积为 S 的 圆柱形筒内，理想气体 体系经历一热力学过程
截面积 S
I
受恒外力 F
l 作用。 活塞从 I 位移动 到 II 位， 移动距离为 l
II
I 按照传统的功 的定义，环境对体 l
系的功
W = F•l F = • l • S S
II
W = F•l F = • l • S S
孤立体系 体系和环境之间 既无物质交换， 又无能量交换。
一个敞着瓶口，盛满热水
的瓶子。 若以水为体系
则是一个敞开体系。 若加上一个盖子， 则成为封闭体系。
若将瓶子换成保温瓶，
则变成孤立体系。
热力学上研究的，多是
封闭体系。
2. 1. 2 状态和状态函数 状态 由一系列表征体系 性质的物理量所确定下来的体 系的一种存在形式。
此时，可以设计一个假想界面， 从分体积的概念出发，认为 VO2 以内 是体系，以外是环境。
宇宙 体系和环境放在一起， 在热力学上称为宇宙。
按照体系和环境之间的物质及能量 的交换关系，可以将体系分为三类： 敞开体系、封闭体系和孤立体系
敞开体系 体系和环境之间
既有能量交换，
又有物质交换
封闭体系 体系和环境之间 有能量交换， 无物质交换；
些尚未研究的能量。
热力学上用符号 U 表示 热力学能，热力学能经常称为 内能。
虽然体系的热力学能尚不能
求得，但是体系的状态一定时，
热力学能是一个固定值。
因此，热力学能 U 是体系
的状态函数。
体系的状态发生变化，始终 态确定，则热力学能变化量 U
是一定值
U = U终 － U始
理想气体是最简单的体系，可 以认为理想气体的热力学能只是温 度的函数。
F 是外压 p外 F 是外力 ， S
I
F W= • l • S S F 是外压 p外 S W = p外 • l • S l •S 是体积，
l V始
II V终
这个体积等于 过程的 － V 。 V 。 ????
W = F•l F = •l •S S
所以环境所做的功
W = － p外 V
过程注重于始态和终态； 而途径注重于具体方式。
例如，某理想气体，经历一个恒温过程 p = 1 105 Pa V = 2 dm3
恒温过程
p = 2 105 Pa V = 1 dm3
该过程可以经由许多不同的途径来完成。
状态函数的改变量，取决于始
态和终态，不管途径如何不同。 在同一过程的每一种途径中，