3.2 热三定律&亥姆霍兹自由能和吉布斯函数
第三章化学热力学基础汇总
3-1 热力学第一定律 什么叫“热力学” • 热力学是研究热和其他形式的 能量互相转变所遵循的规律的一门科学。 什么叫“化学热力学” • 应用热力学原理，研究化学反 应过程及伴随这些过程的物理现象，就 形成了“化学热力学”。
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化学热力学研究什么问题（研究对象） • 合成NH3 N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) • 例：298.15K，各气体分压101.325KPa下， • N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) △fGm ø/ kJ/mol 0 0 -16.5
QP = （U2 + pV2）-（U1 + pV1） H ＝ U ＋ pV H：新的状态函数-------焓 Qp = H2 –H1 = H（H称为焓变）
为什么定义焓的原因：
其变化量可以测定（等于等温等压工程不做其他功时的热效应）；
具有实际应用价值（通常的化学反应都是在等压下进行的）。 试问焓是不是状态函数？注：等温、等压、无功。
摩尔质量M:
1mol物质的质量。单位Kg.mol-1或g.mol-1。
摩尔分数（物质的量分数）：混合物中某组分的物质的量与
混合物中各物质的量的总和之比。
例： xB = nB/（nA + nB）
11
摩尔反应：
反应物按方程式的计量系数完全转化为生成
物的反应。必须注意，摩尔反应是与特定的化学方程式一一
对应的。(注:计量系数v为纯数，反应物取正值,生成物取负值)
第3章 化学热力学基础
Chapter 3 Primary Conception of Chemical Thermodynamics
1
本章要求
1、了解热力学的概况——反应是否发生；描述大量原子、
高中物理鲁科版总结公式归纳知识体系详细概括
高中物理鲁科版总结公式归纳知识体系详细概括高中物理是理工类学生必修的一门科目，它的学习涉及到许多基本概念、定律和公式。
这些公式是解决物理问题的重要工具，它们能够帮助我们理解物质世界的运行规律。
在鲁科版的高中物理教材中，我们可以找到许多重要且常用的公式，下面将对这些公式进行详细归纳和总结。
1. 运动学1.1 直线运动1.1.1 速度公式：v = Δx / Δt1.1.2 加速度公式：a = Δv / Δt1.1.3 位移公式1：Δx = (v + u) * t / 21.1.4 位移公式2：Δx = ut + 1/2at^21.1.5 速度-时间关系式：v = u + at1.2 抛体运动1.2.1 抛体运动位移：h = ut + 1/2gt^21.2.2 抛体运动的水平速度：v = u + gt1.2.3 抛体运动的最大高度：h_max = u^2 / (2g)1.2.4 抛体运动的总时间：T = 2u / g1.2.5 抛体运动的最大水平位移：R = v * T = u^2 / g1.3 圆周运动1.3.1 圆周运动的周期：T = 2πr / v1.3.2 圆周运动的频率：f = 1 / T1.3.3 圆周运动的向心加速度：a_c = v^2 / r2. 力学2.1 牛顿定律2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律）：物体在受力作用下保持匀速直线运动或静止状态2.1.2 牛顿第二定律：F = ma，力等于物体质量乘以加速度2.1.3 牛顿第三定律：作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在不同物体上2.2 动力学2.2.1 动量公式：p = mv，动量等于物体质量乘以速度2.2.2 冲量公式：J = FΔt，冲量等于物体受到的力与时间的乘积2.2.3 作用-反作用定理：作用在两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反2.3 动能定理2.3.1 动能公式：E_k = 1/2mv^2，动能等于物体质量乘以速度的平方的一半2.3.2 动能定理：E_k = W，物体所受合外力所做的功等于物体的动能变化量2.3.3 功率公式：P = W / Δt，功率等于所做的功除以时间的变化量3. 热学3.1 热力学第一定律：Q = ΔU + W，热量等于内能变化量与对外做功的和3.2 热力学第二定律：热量不会自发地从低温物体传递给高温物体3.3 理想气体定律：PV = nRT，气体的压强乘以体积等于物质的摩尔数乘以气体的通用气体常数乘以温度4. 光学4.1 光的直线传播定律：光在任意介质中沿直线传播4.2 光的反射定律：入射角等于反射角4.3 光的折射定律：折射角的正弦与入射角的正弦的比例等于两种介质的折射率之比4.4 光的衍射定律：波通过一个够小的孔洞或者通过一个够窄的缝隙时产生衍射现象4.5 牛顿环公式：r^2 = (2nt)λ，牛顿环的半径与介质折射率、透明物体的厚度、波长之间的关系以上是高中物理鲁科版中一些主要的公式的总结和归纳，这些公式是解决物理问题的重要工具，掌握好这些公式并且能够熟练运用，将有助于提高解决物理问题的能力和水平。
热力学三个定律的形成史
热力学三个定律的形成史热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律，下面是为大家搜集的一篇关于热力学三个定律的形成史探究的，供大家阅读参考。
热力学是热学理论的一个方面。
热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。
热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。
因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。
热力学三定律是热力学的基本理论。
1热力学第一定律1.1热力学第一定律概述能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。
自然界中的一切物质都具有能力，能量有各种不同的形式，这种不同形式的能量都可以转移(从一个物体传递到另一个物体)，也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式)，但在转移和转换过程中，它们的总量保持不变。
这一规律成为能量守恒与转换定律。
能量守恒与转换定律应用在热力学中，或者说应用在伴有热效应的各种过程中，便是热力学第一定律。
热力学第一定律是人类在实践中积累的经验总结，它的发现和建立，打破了人们企图制造一种可以不消耗能量而能连续做功的永动机。
因此，热力学第一定律也可以表述为：第一类永动机是造不出来的[1].其基本公式可以表述为公式(1)，它表明向系统输入的热量Q,等于质量为m的流体流经系统前后焓H的增量、动能v的增量以及系统向外界输出的机械功W之和。
1.2热力学第一定律形成史1.2.1罗伯特·迈尔热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系。
德国物理学家、医生迈尔发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒。
他由此受到启发，去探索热和机械功的关系。
1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。
热力学第三定律与绝对零度
热力学第三定律与绝对零度热力学是一门研究物质热现象和热能转换的学科，而热力学第三定律是热力学中的一个基本原理。
它与绝对零度有着密切的关系。
本文将对热力学第三定律以及与绝对零度的关联进行探讨。
1. 热力学第三定律热力学第三定律是热力学中的一个基本原理，它指出：当物体的温度趋于绝对零度时，其熵趋于一个恒定值。
熵是热力学中表示系统无序程度的量，也可以理解为系统的混乱度。
根据热力学第三定律，当温度接近绝对零度时，熵趋于最小值，即物体的无序程度趋于最低。
2. 绝对零度绝对零度是热力学温标的零点，也是温度的极限值。
根据开尔文温标，绝对零度的温度为0K（Kelvin），相当于摄氏度的-273.15℃。
在绝对零度下，物质的分子和原子运动几乎停止，系统达到了最低的能量状态。
3. 热力学第三定律与绝对零度的关联热力学第三定律指出当物体温度接近绝对零度时，熵趋于一个恒定值。
这意味着在绝对零度下，物体的熵将达到最小值，即无序程度最低。
而在绝对零度下，物质几乎停止了运动，系统能量达到最低状态，此时的无序程度也达到了最低。
热力学第三定律与绝对零度的关联可以通过以下几个方面进行解释：3.1 磁石的自发磁化根据热力学第三定律，当物体冷却到绝对零度时，系统的熵趋于一个最小值。
对于某些材料，如铁、镍等，当温度降低到绝对零度时，它们会自发地磁化。
这是因为在低温下，原子的运动减缓，电子自旋的定向排列变得更加有序，导致磁矩相互作用增强，磁矩平行排列，材料呈现磁性。
3.2 固体的热容趋近于零根据热力学第三定律，当系统的温度接近绝对零度时，系统的熵趋于一个常数。
从而可以推导出，在绝对零度下，固体的热容趋近于零。
也就是说，绝对零度下的物体不再能吸收或散发热量，因为热容为零。
这一性质也被称为“零热容”。
3.3 超导现象的出现超导是指在低温下某些材料表现出的理想电导现象。
根据热力学第三定律，在绝对零度时，物体的熵趋于最小值。
在低温下，某些材料中的电子凝聚成了所谓的“库伦对”，电子对通过声子相互作用而不受阻碍地流动，形成了电流的无阻碍传输，也就是超导现象。
热力学三大定律
定律。
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做功的和。
（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。
）表达式:△E=-W+Q△E=△U+△KE+△PE[1]2.2符号规律：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用: △E=-W+Q时，通常有如下规定：①外界对系统做功，W>0,即W为正值。
②系统对外界做功，W<0,即W为负值。
③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值2.3理解从三方面理解1.如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U= W2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q3.在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。
在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W 之和。
即△U=W+Q能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
能量的多样性物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
不同形式的能量转化“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。
这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。
工科基础化学-热力学
热量计的种类
保温瓶 常用于测量在溶液中进行的化 学反应的热效应。 常在等压下操作，测量的热效 应是化学反应的等压热效应。
(a) 绝热热量计
(b) 冰热量计
有冰水混合物的密闭容器 反应所释放的热使0℃的冰融 化为0℃的水 测量反应前后冰水混合物的 体积差，可求得反应的热效应。 是等温热量计，能直接测得 等温条件下的反应热效应
化学变化时发生系统与环境间的能量转换和传递 → → 系统内能的变化
3.1.5 过程（process）和途径（approach） 过程：系统状态发生的任何变化
等温过程 (isothermal)：T始= T终 等压过程 (isobar) ： 压力恒定 等容过程 (isovolume)： 容积恒定 绝热过程 (adiabatic) ： q = 0
与反应热测量有关的两个问题
常用钢弹热量计测得的热效应是qv ，如何求算qp ？
有些反应的热效应难以测量，例如：碳不完全燃烧而生 成CO时，总有CO2生成，有关反应的热效应如何求得？
反应热效应的理论计算
3.3.3.1 qp与qv的关系
qv ：反应在弹式热量计中进行时所测得的反应热效应 qp ：反应在敞口容器中（大气压、定压）进行时所测得的反应
(c)弹式热量计
基本条件： 耐高压的密闭容器 能吸收热量的介质 常用的弹式热量计：钢 弹/水 测量的热效应是化学反 应的等容热效应。
3.3.2 化学反应的反应热与焓
3.3.2.1 恒容过程反应热
恒容变化过程： V 0
体积功为零（W=0）
UV q W qV
在恒容条件下（密闭容器）进行的化学反应，其反 应热等于该系统中热力学能的改变量
简化2： 当反应中气态反应物的化学计量数之和与气态生成物的化学计 量数之和相等时，V ≈ 0 （∵ 恒压，理想气体）， qv ≈ qp
热力学第一定律第二定律第三定律
热力学第一定律第二定律第三定律下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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热力学统计物理简明教程
热力学统计物理简明教程第一章：热力学基本概念1.1 热力学系统：定义热力学系统为与外界相互作用的物质集合，可以是一个孤立系统、封闭系统或开放系统。
1.2 热平衡：当一个系统与外界无能量交换时，系统达到热平衡。
系统内各部分的温度、压力等宏观性质保持恒定。
1.3 状态函数：热力学基本量，与系统的当前状态有关而与历史路径无关，如内能、熵、压力、温度等。
第二章：热力学定律2.1 第一定律：能量守恒原理，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能转化形式或在系统间传递。
2.2 第二定律：熵的增加原理，自然界中熵总是趋向增加的方向进行变化，热量只能自高温物体流向低温物体。
2.3 第三定律：绝对零度不可达到，任何物体都无法降至绝对零度（零开尔文）。
3.1 宏观态与微观态：一个宏观系统对应于多个微观系统可能的状态，微观态是描述微观粒子的位置和动量等的状态。
3.2 统计平均：宏观量可以通过对大量微观状态进行统计平均来获得。
3.3 热力学极限：当系统粒子数足够大时，微观态的统计平均值可以近似为宏观量。
第四章：分布函数与统计热力学4.1 统计系综：包括正则系综、巨正则系综和平均系综等，用于描述与热平衡态相关的情况。
4.2 分布函数：用于描述系统处于不同状态的概率分布，如能级分布函数、玻尔兹曼分布等。
4.3 统计热力学量：基于分布函数和统计平均，可以推导出各种统计热力学量的表达式，如配分函数、自由能、熵等。
第五章：应用与实例5.1 理想气体模型：通过应用统计物理理论，可以推导出理想气体的各种性质，如压力、内能和熵等。
5.2 凝聚态物质：应用统计物理理论可以解释凝聚态物质的相变，如固体到液体的熔化和液体到气体的汽化等。
5.3 热力学函数的应用：通过计算热力学函数，可以推导出一些与实际系统相关的性质，如化学反应平衡条件和热电材料的热电效应等。
以上是热力学统计物理简明教程的大致内容，希望能够帮助你对热力学统计物理有初步的了解。
热学三大定律
热学三大定律一、热力学第一定律：能量守恒定律能量守恒定律，也称为热力学第一定律，是热学中最基本的定律之一。
它表明，能量在物理系统中的总量是守恒的，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。
1.1 热力学第一定律的表达式热力学第一定律可以用以下的数学表达式表示：ΔU=Q−W其中，ΔU表示系统内能的增量，Q表示通过吸热或放热方式传递给系统的热量，W表示系统对外做功。
根据能量守恒定律，系统内能的增量等于热量和做功的代数和。
1.2 能量的转化与利用能量在自然界中不断转化与利用。
从太阳的辐射到地球上的物体，能量以辐射的方式传递；从燃烧中形成的热能到驱动汽车的机械能，能量以热传递和机械传递的方式转化。
在实际应用中，我们常常要考虑如何有效地转化和利用能量。
例如，汽车发动机将燃料的化学能转化为机械能，但也会损失一部分能量，以热的形式散失到环境中。
通过改进发动机的设计和运行方式，可以提高能量利用效率，减少能源浪费。
二、热力学第二定律：熵增原理熵增原理是热力学中的一个基本原理，它对能量转化的方向和过程进行了限制。
熵增原理指出，在自然界中，任何封闭系统的熵总是趋于增加，而不会减少。
2.1 熵的概念与定义熵是描述系统无序程度的物理量，它和热力学中的状态有关。
熵的定义可以表示为：ΔS=∫dQ T其中，ΔS表示系统的熵变，dQ表示系统吸收的热量，T表示热力学温度。
熵变的正负表示系统熵的增加或减少，而不同物质之间的熵可以进行比较。
2.2 熵增原理的意义熵增原理告诉我们，在自然界中，熵总是趋于增加。
这意味着能量转化存在一定的限制和方向。
例如，热从高温物体传递到低温物体，系统的熵会增加；如果热从低温物体传递到高温物体，系统的熵会减少，这违背了熵增原理。
熵增原理的应用广泛，例如在能源利用和环境保护中。
合理地利用能源资源，减少能量的损耗和浪费，可以降低系统的熵增，提高能源利用效率。
同时，减少熵增也有助于减少环境污染与能源消耗。
chapter3化学热力学基础讲解
例： 在大气中的反应均为等压反应。 根据热力学第一定律：ΔU = Q + W 在等温等压，W = -pΔV
ΔU = Qp- pΔV 移项展开得： Qp=(U2+P2V2)-(U1+P1V1) 令 H=U+PV 引入一个新的状态函数H，称为焓 则 ΔH =H2-H1= Qp ΔH称为焓变 结论：在等温等压，不作非体积功的过程中，反应 吸收的热全部用来增加系统的焓。
= 1364 kJ
2018/10/24
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小结
热力学第一定律： ΔU =Q+W
在等温等容，不作非体积功的封闭系统中：ΔU=Qv 在等温等压，不作非体积功的封闭系统中：ΔH=Qp ΔH 与ΔU的关系： ΔH =ΔU + p外ΔV ΔH 与ΔU的近似换算式：（有气体参与的反应） ΔH =ΔU + n RT
系统对环境做功，功取负值（W<0，系统能量降低）
2018/10/24
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热力学能
热力学能 即内能，它是系统内部各种形式能量的总和，用
符号U表示，单位J或kJ ，包括系统中分子的平动能、转动
能、振动能、电子运动和原子核内的能量以及系统内部分子 与分子间的相互作用的位能等。 在实际化学过程中，U的绝对值不可能得到!!!!!
例如： 反应 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应过程中有1mol N2和3molH2完全反应生成2molNH3。 反应进度变化以N2的物质的量改变量来计算: (0 1) ＝ 1mol
1
以H2的物质的量改变量来计算:
(0 3) ＝ 1mol 3
以NH3的物质的量改变量来计算:
2018/10/24
化学反应热力学的基本原理
化学反应热力学的基本原理化学反应热力学是研究化学反应中能量变化的分支学科。
它的基本原理涉及热量、焓、熵和自由能等概念，对于理解和预测化学反应过程至关重要。
本文将阐述化学反应热力学的基本原理以及相关概念。
1. 热量和焓热量是物质与周围环境之间传递的能量，用单位时间内传递的能量量来衡量。
而焓则是物质体系在常压下的热力学函数，表示了反应过程中的能量变化。
对于化学反应来说，焓变（ΔH）是从反应物到生成物过程中发生的能量变化。
2. 熵和自由能熵是描述物质体系无序程度的物理量，它也是热力学函数。
根据熵的定义，一个系统总是趋向于增加其熵。
当化学反应发生时，由于反应物转变为生成物，系统的熵会发生变化。
熵变（ΔS）是系统熵发生变化的量。
自由能是一个热力学函数，它表示了一个系统能量的可利用程度。
在化学反应过程中，系统总是趋向于降低自由能。
化学反应的自由能变化（ΔG）可以通过以下公式计算：ΔG = ΔH - TΔS，其中ΔH为焓变，T为温度，ΔS为熵变。
3. 热力学定律根据化学反应热力学的基本原理，可以得出以下热力学定律：3.1 第一热力学定律第一热力学定律也被称为能量守恒定律。
它表明在一个孤立系统中，能量既不会被创造也不会被销毁，只会从一种形式转化为另一种形式。
对于化学反应来说，它可以表述为能量在反应过程中的转化。
3.2 第二热力学定律第二热力学定律描述了在一个孤立系统中熵的增加趋势。
它指出在自然界中，熵的增加是不可逆的。
换句话说，系统总是趋向于高熵状态，即趋向于无序。
3.3 第三热力学定律第三热力学定律规定了在绝对零度时，熵趋于零的情况。
它指出在绝对零度下，完美的晶体不会具有熵，即它们是高度有序的。
4. 可逆反应和不可逆反应根据热力学定律，可逆反应是指反应可以同时发生正向反应和逆向反应。
它们之间达到平衡时系统的熵保持不变。
而不可逆反应则指反应只能从反应物向生成物进行，无法逆转。
5. 温度对反应的影响根据化学反应热力学的基本原理，温度是一个重要的影响因素。
3.2热力学第一定律(原卷版)
3.2热力学第一定律基础导学要点一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的。
2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。
4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)；(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)。
要点突破突破一：对热力学第一定律的理解热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．突破二：对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W QΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少突破三：几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．【特别提醒】(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．典例精析题型一：热力学第一定律的理解和应用例一．空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？变式迁移1：一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是()A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 JB．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J的热量C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 JD．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J题型二：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用例二．气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14 cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44 cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg)(1)求恒温槽的温度．(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．变式迁移2：带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V－T图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)()A．p b＞p c，Q ab＞Q acB．p b＞p c，Q ab＜Q acC．p b＜p c，Q ab＞Q acD．p b＜p c，Q ab＜Q a强化训练一、选择题1．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（）A．气泡内的气体对外界做功B．气泡内的气体内能增加C．气泡内的气体与外界没有热传递D．气泡内气体分子的平均动能减小2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（）A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能B．电灯发光是电能转化为光能C．核电站发电是电能转化为内能D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能3．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（）A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故B．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定向外界放热D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大4、被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿，就会重新鼓起来，这一过程乒乓球内的气体( )A.吸热，对外做功，内能不变B.吸热，对外做功，内能增加C.温度升高，对外做功，内能不变D.压强增大，单位体积内分子数增大5、(2020·吉林通化期末)对于一定质量的理想气体,下列过程不可能发生的是( )A.气体膨胀对外做功,温度升高,内能增加B.气体吸热,温度降低,内能不变C.气体放热,压强增大,内能增大D.气体放热,温度不变,内能不变6、(2020·河北石家庄月考)对于一定质量的气体,下列说法正确的是( )A.在体积缓慢增大的过程中,气体一定对外界做功B.在压强不断增大的过程中,外界对气体一定做功C.在体积不断被压缩的过程中,内能一定增加D.在与外界没有发生热交换的过程中,内能一定不变7、(2021·河北张家口月考)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。
课时3.2和3.3热力学第一定律和能量守恒定律--高中物理练习分类专题教案(人教版2019选择性)
第三章热力学定律课时3.2和3.3热力学第一定律和能量守恒定律1.理解热力学第一定律，能应用热力学第一定律分析和解决实际问题。
2.了解人类探索能量守恒的历史过程。
3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
4.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功与传热。
两者在改变系统内能方面是等价的。
2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化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。
注意：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外界做功、向外界传热和内能减少的情况。
二、能量守恒定律及永动机不可能制成1．能量守恒定律(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其他形式，或者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)意义：①各种形式的能可以相互转化。
②各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
2．永动机不可能制成(1)永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。
(2)永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。
(3)意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。
基础过关练题组一热力学第一定律的理解和应用1.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁,此过程中瓶内空气(不计分子势能) ( )A.内能增大,放出热量B.内能减小,吸收热量C.内能增大,对外界做功D.内能减小,外界对其做功2.(多选)下列过程可能发生的是 ( )A.物体吸收热量,同时对外做功,内能增加B.物体吸收热量,同时对外做功,内能减少C.外界对物体做功,同时物体吸热,内能减少D.外界对物体做功,同时物体放热,内能增加3.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了×105J,则下列各式中正确的是 ( )A.W=8×104×105J,Q=4×104JB.W=8×104×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104×105J,Q=2×105JD.W=-8×104×105J,Q=-4×104J题组二能量守恒定律的理解和应用4.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是 ( )A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B.做成一条船利用河水的能量逆水航行C.通过太阳照射飞机使飞机起飞D.不用任何燃料使河水升温5.(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。
传热学和热力学
传热学和热力学
摘要：
1.引言
2.传热学简介
2.1 传热的基本方式
2.2 热传导
2.3 对流传热
2.4 辐射传热
3.热力学简介
3.1 热力学基本概念
3.2 热力学第一定律
3.3 热力学第二定律
3.4 热力学第三定律
4.传热学与热力学的联系与区别
5.应用领域及前景
正文：
传热学和热力学是物理学中的两个重要分支，它们分别研究了热量传递和热力学系统的性质。
尽管两者在某些方面存在联系，但它们的研究重点和应用领域各有侧重。
传热学主要研究热量在不同物质之间的传递过程，包括热传导、对流传热和辐射传热三种基本方式。
热传导是指热量通过物质内部分子的碰撞传递，常
见于固体材料。
对流传热是指热量通过流体（如气体和液体）的运动传递，常见于自然对流和强制对流。
辐射传热是指热量通过电磁波在真空中传播，常见于太阳辐射和热能辐射。
热力学则关注热力学系统的宏观性质，如压力、温度、体积等，以及系统之间热量交换的过程。
热力学基本概念包括热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（熵增定律）、热力学第三定律（熵值为零）。
这些定律为我们理解热力学系统的变化提供了理论基础。
传热学和热力学之间存在一定的联系，例如热传导是热力学系统内部热量传递的一种方式。
然而，两者也存在明显的区别：传热学关注热量传递的机制和过程，而热力学关注热力学系统的性质和变化规律。
传热学和热力学在许多领域都有广泛的应用，如建筑节能、材料科学、航空航天、能源工程等。
热力学第三定律
伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届本科毕业论文(设计)论文题目：绝对零度下气体热力学性质的研究作者姓名：严冬班级：10-2班专业：物理学学号：2010070201032指导教师：付清荣完成时间：2014年月日物理科学与技术学院二〇一四年五月三十一日绝对零度下气体热力学性质的研究内容摘要本文先介绍热力学三定律的内容，了解热力学第三定律的两种表述。
就绝对零度下研究了玻色统计与费米统计，主要讨论的气体有：光子气体，玻色—爱因斯坦凝聚，金属气体。
通过对这些内容的讨论，得出绝对零度下，各种气体的性质以及对这些气体性质的应用。
着重介绍了玻色—爱因斯坦凝聚，强调了它在物理科研的应用及对其应用的开发，本文主要用热力学统计的计算来展开讨论。
关键字: 绝对零度玻色—爱因斯坦凝聚金属气体热力学第三定律Absolute zero under the various properties of gasesContent in this paperThis article first introduced the content of the third law of thermodynamics, two understand the third law of thermodynamics.Is absolute zero studied bose and Fermi statistics, statistical gas are discussed are:the photon gas, bose - Einstein condensation, metal gas.Through the discussion of the content, it is concluded that absolute zero, the various properties of the gas and the application of the gas properties.Introduces the bose - Einstein condensation, emphasizes the applications of it in physics research and development of its application, this paper mainly to discuss with statistical thermodynamics calculation.Key words: Absolute zero Bose - Einstein condensation Metal gas properties The third lawof thermodynamics目录1、热力学第三定律........................................... 错误！未定义书签。
化工热力学第三章
P 4.675T 4.675（277 275） 9.35MPa
P P0 P 0.1013 9.35 9.45MPa
3.3.5 焓变和熵变的计算——Maxwell关系式应 用
1、变量数的确定
根据相律 f(独立变量数)＝C(组分数)-P(相数)十2
对于均相单组分的系统来说 f＝1 (单组分)-1 (均相)+2=2
x
N x
应用于四个基本关系式得 y
Maxwell关系式：
热 力
dU TdS PdV
dz Mdx Ndy
T V
s
P S
V
学 基
dH TdS VdP
本
关 dA SdT PdV
系
式 dG SdT VdP
V S
P
T P
S
S V
T
P T
V
解：根据题意应先求出 TP
V
由欧拉连锁式可知
P T
V
T V
P
V P
T
1
V
1 V
；
1
V
V T P
V P T
P
T
V
T
P
V
P T
V V
0.00018 0.0000385
4.675MPa
查手册知液态汞的 0.00018K1； 0.0000385MPa-1
3.3.3 热容
•定压热容
H T
p
Cp
dH TdS Vdp
恒压下两边同除以dT
H T
p
T
S T
p
S T
p
1 T
H T
p
Cp T
•定容热容
3.2热传导
L eT
L——弗兰兹数 (2.45×10-8 V2/K2)
非金属：同样温度下，ρ越大， λ越大。 随温度变化
0 (1 at)
λ0,λ── 0℃, t℃时的导热系数, W/(m· K)； a ── 温度系数， 对大多数金属材料a < 0, t↑λ↓ 对大多数非金属材料a > 0, t↑λ↑
3.2 热传导
3.2.1 有关热传导的基本概念
3.2.2 傅立叶定律 3.2.3 导热系数（热导率） 3.2.4 通过平壁的稳定热传导 3.2.5 通过圆筒壁的稳定热传导
3.2.1 有关热传导的基本概念
(1) 温度场和等温面
温度场: 某时刻，物体(或空间)各点的温度分布。
t f x, y, z,
（2）按变量计
由
b 0
dt q dx
q dx
积得
0.815 0.00076t dt
t2 t1
0.815 0.00076 1650 300 16502 3002 q 0.37 2 0.37 5677W /m2
0.00076 2 5677x 0.815t 1650 ( t 16502 ) 2
165.5℃。
3.2.5 圆筒壁的稳定热传导
一、单层圆筒壁的稳定热传导
假定： (1)稳定温度场 (2)一维温度场
（沿r的方向）
对于稳定温度场 傅立叶定律
Qr Qr dr Q const
dt dt Q A 2rl dr dr r r2时，t t 2
如λ1~t1， λ2~t2
λ=（λ1+λ2）/2
[例5-2-1]有一厚度为240mm的砖墙，已知砖墙的内壁温度为
第三章 热力学第三定律
3.3热力学第二定律 1 热力学第二定律的表述
克劳修斯(Clausius)说法：“热不能自动从低 温流向高温。” 开尔文(Kelvin L. 即Thomson W.)说法：“不 可能从单一热源吸取热量使之完成转变为功 而不产生其它影响。”
2. 卡诺定理
在高低温两个热源间工作的所有热机中，以 可逆的热机效率为最大。这就是卡诺定理。
V
卡诺循环
在两个热源之间工作的 热机效率
w Q1 Q2 Q1 Q1
Q2 1 Q1
T1 Q1
w
Q2 T2
(1) 恒温可逆膨胀
Q1 W 1 pdV nRT1ln(V2 / V1 )
V1 V2
(2)绝热可逆膨胀
Q ' 0 W / Q W ' U ' nC v , m (T2 T1 )
2
1
得
(Q / T )
1 r
2
a
(Qr / T )b
2
1
因途径可逆：
1
2
(Qr / T )b (Qr / T )b
1
2
故得
2
1
(Qr / T ) a (Qr / T )b
1
2
这说明积分值只取决于过程的始、末态而与过程的 途径无关，表明这是某状态函数的全微分。
以S代表此状态函数，并称之为熵，即
dS Qr / T
def
从状态1到状态2之间的熵变为
S (Qr / T )
1
2
2. 克劳休斯不等式和熵增原理
(Q / T ) 0
0 不可逆 0 可逆
1
b 可逆 a 不可逆
化学反应热力学
1
3
2 N2 (g)+ 2 H2 (g)=NH3(g)
(
N
2
)
1 2
,
(H2
)
3 2
,
(
NH3
)
1
2.反应进度（extent of reaction ）
设某反应
DD EE FF GG
rH
BrH
n
r Hm 的单位为
J mol1
mol1 表示反应的进度为1 mol
二、热化学方程式（Thermochemical Equation） 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热
化学方程式。 因为U, H 的数值与系统的状态有关，所以方
程式中应该注明物态、温度、压力、组成等。对
t 0, 0
nD,0
nE,0
t t,
nD
nE
n n F,0
G,0
nF nG
20世纪初比利时Dekonder引进反应进度 的定义为：
nB ( ) def nB,0 B d dnB
B
单位：mol
nB,0 和 nB 分别代表任一组分B 在起始和 t 时刻的物 质的量。 B 是任一组分B的化学计量数，对反应物取 负值，对生成物取正值。
什么是标准态？ 气体的标准态为：
温度为T、压力 p 100 kPa 时且具有理想气体
性质的状态 液体的标准态为： 温度为T、压力 p 100 kPa 时的纯液体 固体的标准态为：
温度为T、压力 p 100 kPa 时的纯固体
标准态不规定温度，每个温度都有一个标准态。
3.2热力学定律
课 堂 互 动 探 究
课 前 新 知 初 探
升高,体积膨胀,气体吸收热量,对外做功,气体B→C为等容变 化,温度降低,体积不变,气体放出热量,但没有做功.
由于理想气体A→B和B→C温度变化相同,故内能变化ΔU的绝
对值相同,由以上分析,Q1＞Q2 答案:见标准解答
课 后 巩 固 作 业
学 习 目 标 导 航
改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的
热量. 2.对公式Δ U、Q、W符号的规定
课 堂 互 动 探 究
课 前 新 知 初 探
课 后 巩 固 作 业
学 习 目 标 导 航
3.应用热力学第一定律解题的思路与步骤 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统. (2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体 (或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功. (3)根据热力学第一定律Δ U=Q+W列出方程进行求解.
课 堂 互 动 探 究
课 前 新 知 初 探
课 后 巩 固 作 业
学 习 目 标 导 航
【标准解答】(1)由热力学第一定律ΔU=Q+W 得W=ΔU-Q=3×105 J-2×105 J=1×105 J 外界对气体做功.
(2)由ΔU=Q+W得
Q=ΔU-W=3×105 J-(-4×105 J)=7×105 J
课 堂 互 动 探 究
课 前 新 知 初 探
气体从外界吸热. 答案:(1)外界对气体做功 (2)气体从外界吸热 1×105 J 7×105 J
课 后 巩 固 作 业
学 习 目 标 导 航
课 堂 互 动 探 究
课 前 新 知 初 探
课 后 巩 固 作 业
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(2) 因为
dH TdS Vdp
H U pV
dH dU pdV Vdp
dU TdS pdV
所以
dH TdS Vdp
(3)
dA SdT pdV
A U TS dA dU TdS SdT
因为
dU TdS pdV
所以
dA SdT pdV
" " 表示不可逆，自发
Gibbs自由能
根据热力学第一定律和第二定律的联合公式
dU Tsur dS W
当
T1 T2 Tsur T
W We Wf pdV Wf
得：
d(U TS ) pdV Wf
当始、终态压力与外压相等，即
p1 p2 pe p
即自发变化总是朝着Gibbs自由能减少的方向进 行,这就是Gibbs自由能判据，系统不可能自动发生 dG>0的变化。 因为大部分实验在等温、等压条件下进行，所以 这个判据特别有用。
热力学函数间的关系
基本公式
定义式适用于任何热力学平衡态系统，只是在特 定的条件下才有明确的物理意义。 (1)焓的定义式。在等压、 H Qp。 Wf 0 的条件下，
向真空蒸发, p(环) = 0, 故W = 0
所以
Q = U = 2782 kJ
(2) 由(1)的计算结果可知, Ar < W, 故过程不可逆.
1mol, 263.15K的过冷水于恒压101.325kPa下凝固为同温的冰, 求系统的熵变. 已知水在正常凝固点的凝固热为 6020 J· mol1. Cpm(水) = 75.3 J· mol1· K1, Cpm(冰) = 37.6J· mol1· K1. 1mol, H2O(l) 不可逆 101.325kPa T2 =263.15K S(T ) = ? 2 S1 1mol, H2O(l) 可逆相变 101.325kPa T1 =273.15K S(T1) 1mol, H2O (s) 101.325kPa T2 = 263.15K S2 1mol, H2O (s) 101.325kPa T1 = 273.15K
热力学第三定律
普朗克（M Plank）假定（1912-1920年）： 在 0K 时纯物质 完美晶体的熵等于零。 即： S*m(完美晶体,0K)＝0
根据绝对零度时，物质的完美晶体的熵值为 零的规定，求得该物质在其它状态下的熵值称为 该物质在该状态下的规定熵。 标准态下的规定熵称为标准熵。表示为S， 1mol某物质的标准熵为该物质的标准摩尔熵，表 示为Sm 。
这是热力学第一与第二定律的联合公式，适用
于组成恒定、不作非膨胀功的封闭系统。 虽然用到了Q TdS 的公式，但适用于任何可逆或 不可逆过程，因为式中的物理量皆是状态函数，其变 化值仅决定于始、终态。但只有在可逆过程中 TdS 才代 pdV 才代表 We 。 表 QR ，
公式（1）是四个基本公式中最基本的一个。
2004年第八次课
(1) G H TS
恒温
G H TS
ห้องสมุดไป่ตู้∴对恒温化学反应有：
r G
m
r H
m B
m
T r S
m B
m
其中： r H
B f H
r Sm B S
B
m , B
(2)标准摩尔生成吉布斯函数 G f
m
G H TS
或
G A pV
G Wf ,max
(dT 0,dp 0, 可逆）
几个热力学函数之间关系的图示式
H
U
TS TS
pV
G
A
H U pV
G H TS
pV
A pV
A U TS
四个基本公式
(1)
dU TdS pdV
因为
dU Q pdV Q dS R 代入上式即得。 T
－59℃ CO2(l) 0460 MPa 可逆相变 G1 = 0 －59℃ CO2(g) 0460 MPa
不可逆相变
－59℃ CO2(s) 0434 MPa 可逆相变 G3 = 0 －59℃ CO2(g) 0434 MPa
G2 理想气体等 温可逆膨胀
－59℃ CO2(l) 0460 MPa 可逆相变 G1 = 0 －59℃ CO2(g) 0460 MPa
H U pV
H Qp
(dp 0,Wf 0)
(2)Helmholz 自由能定义式。在等温、可逆条件下，
它的变化值等于系统所做的最大功。
A U TS
A Wmax (dT 0, 可逆）
(3) Gibbs 自由能定义式。在等温、等压、可逆条 件下，它的变化值等于系统所做的最大非体积功。
(1)等温、等压可逆相变的G 因为相变过程中不作非膨胀功， dA We pdV
dG dA pdV Vdp
We pdV Vdp
(We pdV ,dp 0)
0
(2)等温下，系统从p1,V1 改变到 p2 ,V2 ，设 Wf 0
dG We pdV Vdp
态函数，具有容量性质。
则
dA W
即：在等温过程中，封闭系统对外所作的功等
于或大于系统Helmholtz自由能的变化值。
根据
dA W
dAT ,R Wmax
等号表示可逆过程，即：
在等温、可逆过程中，系统对外所作的最大功 等于系统Helmholtz自由能的变化值 若是不可逆过程，系统所作的功大于A的变化值
(4) 因为
dG SdT Vdp
G H TS dG dH TdS SdT
dH TdS Vdp
所以
dG SdT Vdp
从基本公式导出的关系式
(1) (2)
dU TdS pdV dH TdS Vdp
(3) (4)
dA SdT pdV
G H (TS )
恒温
G F ( pV )
2.相变化过程
3.化学变化过程
3.化学反应中rGm 的计算 化学反应的标准摩尔反应吉布斯函数 rGm 指反应物及产物各自处在纯态及标准压力下 的摩尔反应吉布斯函数
两种方法
（1）根据
r H m 和 r S m
f G
m
（2）根据
A G S ( )V ( ) p T T
G的计算
等温物理变化中的G
根据G的定义式：
G H TS
U pV TS A pV dG dH TdS SdT
dA pdV Vdp
根据具体过程，代入就可求得G值。 因为G是状态函数，只要始、终态定了，可 以设计可逆过程来计算G值。
P环 =0
G
n1 =1mol, C6H6(l) p1 =101.325kPa T1 =353K
P环 =0
n2 =1mol, C6H6(g) 可逆相变G p2 =101.325kPa T2 =353K
G
向真空蒸发的始终态与恒温恒压可逆相变的相
同, 故两种途径的状态函数变化相等, 即: G = G = 0 H = H = 1mol×30.75 kJ· mol = 30.75 kJ
dG SdT Vdp
从公式(1), (2)导出
从公式(1), (3)导出
U H T ( )V ( )p S S
从公式(2), (4)导出
A U p ( ) S ( )T V V
从公式(3), (4)导出
H ( G ) V ( )S T p p
苯在正常沸点353 K时摩尔气化焓为3075 kJ· mol1. 今 将353 K, 101325 kPa下的1 mol液态苯向真空等温蒸 发变为同温同压的苯蒸气(设为理想气体). (1)求此过程的Q, W, U, H, S, A和G; (2)应用有关原理, 判断此过程是否为不可逆过程. n1 =1mol, C6H6(l) p1 =101.325kPa T1 =353K n2 =1mol, C6H6(g) 可逆相变G p2 =101.325kPa T2 =353K
标准摩尔反应熵的计算
在标准压力下，298.15 K时，各物质的标准摩 尔熵值有表可查。根据化学反应计量方程，可以计 算反应进度为1 mol时的熵变值。
r S S (B)
$ m $ B m B
亥姆霍兹自由能和吉布斯函数
为什么要定义新函数？
热力学第一定律导出了热力学能这个状态函数， 为了处理热化学中的问题，又定义了焓。 热力学第二定律导出了熵这个状态函数，但用熵 作为判据时，系统必须是隔离系统，也就是说必须同 时考虑系统和环境的熵变，这很不方便。
通常反应总是在等温、等压或等温、等容条件下
进行，有必要引入新的热力学函数，利用系统自身状 态函数的变化，来判断自发变化的方向和限度。
Helmholtz自由能
根据第一定律 根据第二定律
Q dU W
Q dS 0 Tsur
dU Tsur dS W
将 Q 代入得：
当
这是热力学第一定律和第二定律的联合公式
规定熵的求法：
用积分法
已知
dS
nCp ,m T
T 0
dT
S (T ) S0 (nC p,m / T )dT
nCp ,md ln T
0 T
以 Cp / 为纵坐标， T T为横坐标，求某物质 在40K时的熵值。 如图所示：
S (nC p ,m / T )dT
0
40
阴影下的面积， 就是所要求的该物质 的规定熵。
的最大非体积功等于系统Gibbs自由能的变化值。