理想气体的热力学能和焓

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环境(surroundings)
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。
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2019/12/13
系统与环境
例如:选择水作为研究对 象,称为系统,把与系统密 切相关、有相互作用或影响 所能及的烧杯和周围空气等 称为环境。
系统与环境之间有界面隔 开,这个界面可以是实际存 在的,如烧杯,气体与水的 界面;也可以是想象的。
第二章 热力学第一定律
2.1 热力学概论 2.2 热力学第一定律 2.3 恒容热、恒压热,焓 2.4 热容 2.5 相变焓 2.6 热化学 2.7 真实气体的节流膨胀
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2.1 热力学概论
一、前言
热力学的形成 热力学研究的目的和内容 热力学的应用价值 热力学的方法和局限性
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2.1 热力学概论
热力学的形成
1850年,英国人焦耳(Jmaes Prescott Joule,18181889)建立了能量守恒定律,即热力学第一定律
英国人开尔文和德国人克劳修斯分别于1848年和 1850年建立了热力学第二定律
20世界初又建立热力学第三定律
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2.1 热力学概论
热力学研究的目的和内容 目的:
研究热、功和其他形式能量之间的相 互转换及其转换过程中所遵循的规律
内容:化学变化的热效应 化学变化的方向和限度问题 热力学第三定律的规定熵问题
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2.1 热力学概论
热力学的应用价值
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状态和状态函数(State function)
系统的一些性质,其数值仅取决于系统所处 的状态,而与系统的历史无关;它的变化值仅取 决于系统的始态和终态,而与变化的途径无关。 具有这种特性的物理量称为状态函数。
状态函数的特性可描述为:异途同归,值变 相等;周而复始,数值还原。
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2.1 热力学概论
二、热力学基本概念及术语
•系统与环境 •状态与状态函数 •过程与途径 •热和功 •准静态过程与可逆过程 •热力学平衡 •热力学能
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系统与环境
系统(System) 在科学研究时必须先确定
研究对象,把一部分物质与其 余分开,这种分离可以是实际 的,也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为系统,亦 称为体系或物系。
热力学的方法和局限性 • 热力学的方法:
研究对象是大数量分子的集合体,研究宏观性质,所 得结论具有统计意义。
只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结构和 反应机理。
能判断变化能否发生以及进行到什么程度,但不考虑 变化所需要的时间。
• 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。
途径:
在系统的状态发生变化时,由一始态到另一终态, 可以经由不同的方式。这种由同一始态到同一终态的 不同方式称为不同的途径。
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过程与途径
状态1 P1,V1,T1
恒温 恒压
状态3 P2,V',T1
恒压
状态4 P1,V2,T'
恒容
状态2 P2,V2,T2
注意:状态函数的改变量决定于过程的始、终态, 与采取那种途径来完成这个过程无关
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常见的变化过程
(1)等温过程(isothermal process) 在变化过程中,系统的始态温度与终态温度 相同,并等于环境温度。
(2)等压过程(isobaric process) 在变化过程中,系统的始态压力与终态压力 相同,并等于环境压力。
(3)等容过程(isochoric process) 在变化过程中,系统的容积始终保持不变。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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状态方程
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方 程(state equation )。
对于一定量的单组分均匀系统,状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明,只有两个 是独立的,它们的函数关系可表示为:
T= f(p,V) p= f(T,V) V= f(p,T)
强度性质(intensive properties) 它的数值取决于系统自身的特点,与系统的
数量无关,不具有加和性,如温度、压力等。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质,如摩尔热容。
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过程与途径
过程:(process)
系统状态所发生的一切变化均称为过程
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常见的变化过程
(4)绝热过程(adiabatic process) 在变化过程中,系统与环境不发生热的传递。
对那些变化极快的过程,如爆炸,快速燃烧,系统 与环境来不及发生热交换,那个瞬间可近似作为绝 热过程处理。
(5)循环过程(cyclic process) 系统从始态出发,经过一系列变化后又回到
系统与环境之间无物质交换,但有能量交换。
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系统分类
根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类: (3)孤立系统(isolated system)
系统与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故 又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环 境一起作为孤立系统来考虑。
例如,理想气体的状态方程可表示为:
pV=nRT
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系统的性质
用宏观可测性质来描述系统的热力学状态, 故这些性质又称为热力学变量。可分为两类:
广度性质(extensive properties) 又称为容量性质,它的数值与系统的物质的
量成正比,如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性,在数学上是一次齐函数。
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系统分类
根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类: (1)敞开系统(open system)
系统与环境之间既有物质交换,又有能量交换。
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系统分类
根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类: (2)封闭系统(closed system)
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