热力学概论之状态与状态函数
- 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)。
1.1 热力学概论(1)状态与状态函数
1.1.1体系和环境
我们用观察、实验等方法进行科学研究时,必须先确定所要研究的对象,把要研究的那部分物质与其余的分开(分隔面可以是实际的,也可以是想象的),这种被划定的对象就称为体系,而体系以外,与体系密切相关,影响所及的部分则称为环境。 例如:一个热机气缸中的气体,一个反应器中的物质,一个原电池中的物料,这些都是热力学体系,而这些体系以外的部分为环境。体系又可分为如下几种:
(1)隔离体系(或孤立体系):体系和环境之间既没有物质交换,也没有能量交换。
(2)封闭体系:体系和环境之间没有物质交换,但有能量交换。
(3)敞开体系:体系和环境之间既有物质交换,也有能量交换。
如一个盖着的热水瓶可近似地认为是一个隔离体系;一个盖着的,但不保温的热水瓶可认为是一个封闭体系;一个没盖的,也不保温的热水瓶可认为是一个敞开体系。
1.1.2 状态和状态函数
1.1.
2.1 状态函数与状态函数法
⏹ 状态:某一热力学系统的状态指体系的物理性质和化学性质的综合表现。
⏹ 体系的性质:描述体系状态的一些变量,如体积、压力和温度等称为性质。这些性质又可分为两类:
(1)广度性质(或容量性质):广度性质的数值与体系物质的数量成正比,如体积、内能和熵等。广度性质具有加和性。
(2)强度性质:强度性质的数值与体系物质的数量无关,如温度、压力、密度和粘度等。强度性质不具有加和性。
两个广度性质相除就成了强度性质,如摩尔体积和密度等。
⏹ 状态函数:在热力学中,把体系的性质称为状态变量或状态函数.
如:温度、压力、体积、密度和粘度等。
状态函数的特点:状态函数的数值只与体系现在所处的状态有关,而与其过去的历史无关。如:一大气压下25℃的水,它的密度和粘度都有确定的值,不管这水是由0℃升温来的,还是由100℃降温来的。
1.2.2.2 状态函数法:状态函数的增量只与体系的始末态有关,而与状态变化的过程无关。如果体系状态变化循环一周,则状态函数的增量为0。从数学上来说,状态函数的微分是全微分,全微分沿封闭路径积分一周结果为0。
⎰=-=∆0
(12dV V V V 体积) ⎰=-=∆0(dU V V U 初态
末态内能)
X X X X X X X X X ∆=-==⎰⎰始末末
始末始)(途径)(途径对于任意状态函数:d 2d 1
1.1.3 平衡态必须满足条件:以强度性质度量
•热平衡(thermal equilibrium):
各处温度相等,d T = 0 (以温度度量)
•力平衡(mechanical equilibrium):
各处压强相等,d p = 0 (以压强度量)
•相平衡(phase equilibrium):
各处组成数量不变,无净物质转移d m = 0
(以化学势度量)
•化学平衡(chemical equilibrium ):
各处组成不变;d c = 0 (以化学势度量)