热力学基本概念及术语.ppt

第二章 热力学第一定律,2.1基本概念及术语 2.2热力学第一定律 2.3恒容热、恒压热及焓 2.4摩尔热容 2.5相变焓 2.6化学反应焓 2.7标准摩尔反应焓的计算 2.8可逆过程与可逆体积功 2.9节流膨胀与焦耳-汤姆逊实验,内容,2-1热力学基本概念及术语,划分的界限和范围是准确、清晰的，但不一定是可见的（可以是想象的）。如气体一章中习题12。,1.系统与环境,被划分出来作为热力学研究对象的那部分物质。,系统（体系、物系）:,系统以外并与系统有直接联系的物质和空间,环境：,隔离系统,封闭系统（敞开系统）+ 环境,系统分类：, , +,+ +,封闭系统,敞开系统,=隔离系统,系统的种类： 隔离系统（孤立）、封闭系统、 敞开系统,（1）状态与状态函数,状态：系统的状态是其所有宏观性质 如p, V, T, U, H, S, A, G 的综合表现。系统的状态与宏观性质是一一对应的关系。,当系统的状态确定后，系统的宏观性质就有确定的数值。与达到此状态的经历无关。即系统的宏观性质是状态的单值函数。,2.状态与状态函数,状态,宏观性质,状态函数：系统的宏观性质（又叫热力学性质）称为系统的状态函数 。如P，V，T，U，S，A，G等均称为系统的状态函数。,那么描述一个系统的状态是否需要将系统所有的状态函数都罗列出来呢?,不用。 因为状态函数间是相互关联的。,对一定量的纯物质的单相系统 只需2个独立的状态函数就可描述系统的状态。,V=f (T, p),若对一定量的纯物质的单相系统 ，已知系统的性质为 x 与 y ，则系统任一其它性质 X 是这两个变量的函数，即：, 状态一定，状态函数的值一定。状态变化，状态函数的变化值只取决于始、末态，与变化的途径无关。,V= f（T，P）,X=f(x,y),X =X2 X1 状态函数法,状态一定,值一定,殊途同归变化等,周而复始变化零,状态函数的微分为全微分，全微分的积分与积分途径无关。或：全微分循环积分其值为零。,状态函数的特征：,强度性质的数值取决于系统本身的特性与系统中所含物质的量无关，无加和性 (如Vm, , P, T ,Cm,粘度,折射率, 等),广度性质的数值与系统中所含物质的量成正比，有加和性(如n,V,U,HC等),两者的关系：,(2)状态函数的分类,满足热力学平衡的条件：,系统内部处于热平衡：即系统有单一的温度； 系统内部处于力平衡：即系统有单一的压力； 系统内部处于相平衡：即系统内宏观上没有任何一种物质从一个相到另一个相。 系统内部处于化学平衡：即宏观上系统内的化学反应已经停止。,(3)平衡态,平衡态：系统中各个相的热力学性质不随时间而改变，且系统与环境隔离后，系统的性质仍不改变的状态。,问题：金属棒达到平衡态了吗?,4.过程与途径,途径 实现某一个过程的具体步骤。,(1)定义：,过程 系统由某一状态变化为另一状态,(2)途径函数,某些物理量的值不仅与系统的始末状态有关，还与具体的变化途径有关，这类物理量叫途径函数。,X是状态函数,M是途径函数,状态函数与途径函数:,M1 M2,X1 X2,M,指明途径,根据物质的 变化类型分类,单纯 pVT 变化,根据过程的 特定条件分类,相变化,化学变化,恒容过程 dV = 0,恒压过程 dp = 0,恒温过程 dT = 0,可逆过程,循环过程 (始态=末态),绝热过程 ( Q = 0),恒外压过程 ( p环= const), p环=C,常见过程：,等压过程 p1=p2=p环= C,始态H2O(l),80 47.360 kPa,末态 H2O(g),100 101.325 kPa,dp=0,dT=0,dp=0,dT=0,热和功都是系统进行某变化时与环境所交换的能量的形式，单位是J。热和功都是途径函数。,5.热和功,(1)热-Q,定义：由于系统与环境间存在温度差而引起的能量传递。,热与温度：温度表示分子热运动的强度。由于分子的无序运动强度不同，通过相界面分子碰撞所传递的能量热。,规定:对系统来说，吸热为正，放热为负。,热是途经函数：,由微小温差 dT 引起的热传递不能用dQ表示,而要用 表示,一定量的热记作Q ，不是Q。,(2)功-W,定义：除热以外，其他各种被传递的能量都叫做功。,W,功也是途径函数：用 表示微元功。,功是通过系统内部粒子的有序运动而传递的能量,规定：从系统的角度讲，得功为正，失功为负。,体积功的计算：,热力学中功的定义：,物理学中关于功的定义：,在100,101.325kPa下,将1mol液体水蒸发为水蒸汽,求此过程的功.由于 水的体积可忽略不计。,例1:,解,例2: 在25,101.325kPa下,1mol液态乙醇燃烧能做多少功?,分析：,例3: 始态 T1 =300 K ，p1 = 150 kPa 的2mol理想气体经过下述三种不同途径恒温膨胀到同样的终态， 终态压力p2 = 50 kPa 。求各途径的体积功。,c.先反抗100 kPa 的恒外压膨胀到中间平衡态，再,b.反抗 50kPa 的恒外压一次膨胀到末态。,a.向真空膨胀至压力为50kPa,反抗50kPa 恒外压膨胀到末态。,n=2mol pg T1=300K p1 = 150 kPa V1 =,a.向真空膨胀至压力为50kPa,n=2mol pg p2 = 50 kPa V2 =,n=2mol pg p1 = 150 kPa V1 =,= - 50 kPa (99.78 33.26)dm3 = - 3.326 kJ,b.反抗 50kPa 的恒外压一次膨胀到末态,nRT1/p1 =33.26 dm3,nRT2/p2 =99.78 dm3,= - p外 (V2 V1),pg,n=2mol p1 = 150 kPa V1=33.26dm3,pg,n=2mol p3 = 50 kPa V3=99.78dm3,pg,n=2mol p2 = 100 kPa V2=49.89dm3,W= W1 + W2 = - 4.158 kJ,W1 =- p外,1 (V2 V1) = -1663J,W2 = p外,2 (V3 V2)= - 2495kJ,c.先反抗100 kPa 的恒外压膨胀到中间平衡态，再,反抗50kPa 恒外压膨胀到末态。,c.先反抗100 kPa 的恒外压膨胀到中间平衡态，再,b.反抗 50kPa 的恒外压一次膨胀到末态。,a.向真空膨胀至压力为50kPa,反抗50kPa 恒外压膨胀到末态。,(1)定