物理化学(pmph)1.1热力学概论课件

物理化学(pmph)1.1热力学概论ppt课件目录CONTENCT热力学基本概念与定律热力学中的能量转换与传递热力学性质计算与应用热力学在化学反应中的应用热力学在材料科学中的应用热力学前沿研究领域介绍01热力学基本概念与定律01020304热力学系统环境封闭系统开放系统热力学系统与环境与环境只有能量交换而无物质交换的系统。与系统相互作用的部分，又称外界。热力学研究的对象，与周围环境相互作用的物质体系。与环境既有能量交换又有物质交换的系统。状态函数与过程函数描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。描述系统状态变化过程的物理量，如热量、功等。只与系统的始末状态有关，与过程无关。与系统的变化过程有关。状态函数过程函数状态函数的特性过程函数的特性内容表达式热力学第一定律热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能的变化量，Q为系统吸收的热量，W为外界对系统所做的功。内容不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。表达式对于可逆过程，ds=(δQ/T)；对于不可逆过程，ds>(δQ/T)，其中s为熵，T为热力学温度。热力学第二定律02热力学中的能量转换与传递热力学第一定律热功当量热力学过程热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。热量和功之间的转换关系可以用热功当量来描述，即单位热量所能产生的功或单位功所能产生的热量。在热力学过程中，热量和功的转换是不可避免的，例如等温过程、等压过程、绝热过程等。热量与功的转换80%80%100%热传导、对流和辐射传热物体内部或两个接触物体之间的热量传递方式，其传递速率与物体间的温度差、物体的热导率和接触面积有关。流体中由于温度差异引起的热量传递方式，包括自然对流和强制对流两种。物体通过电磁波的形式传递热量的方式，其传递速率与物体的温度、发射率和表面状况有关。热传导对流辐射传热热力学循环01一系列热力学过程中，系统从初始状态出发经历一系列变化后又回到初始状态的过程。常见的热力学循环有卡诺循环、布雷顿循环等。热效率02评价热力学循环性能的重要指标之一，表示系统输出的有用功与输入热量的比值。提高热效率是热力学研究的重要目标之一。熵与热力学第二定律03熵是描述系统无序程度的物理量，热力学第二定律指出，在孤立系统中，熵总是趋向于增加，即系统的无序程度会不断增加。这一原理对于理解热力学循环和效率具有重要意义。热力学循环与效率03热力学性质计算与应用理想气体状态方程描述理想气体状态参量之间关系的方程，即pV=nRT，其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为热力学温度。应用通过测量气体的压强、体积和温度，可以计算气体的物质的量、密度、摩尔质量等物理量。同时，理想气体状态方程也是热力学第一定律和第二定律的基础。理想气体状态方程及应用描述实际气体状态参量之间关系的方程，常用的有范德华方程、维里方程等。这些方程考虑了气体分子间的相互作用力，因此比理想气体状态方程更准确地描述实际气体的性质。实际气体状态方程实际气体状态方程在化学工程、石油工程、制冷工程等领域有广泛应用。例如，在制冷工程中，利用实际气体状态方程可以计算制冷剂的循环量、制冷效率等参数。应用实际气体状态方程及应用指在一定条件下，物质各相之间达到动态平衡的状态。此时，各相的化学势相等，物质在各相之间的转移达到动态平衡。相平衡利用相图研究物质相平衡的方法。相图表示了物质在不同条件下的相态和相变规律，通过相图分析可以了解物质的相变过程、相变温度、相变压力等信息。在化学工程、材料科学等领域有广泛应用。例如，在合金制备过程中，通过相图分析可以确定合金的组成和制备工艺条件。相图分析相平衡与相图分析04热力学在化学反应中的应用热力学基本概念热力学第一定律热力学第二定律化学反应热力学基础阐述能量守恒原理，解释化学反应中的热效应及其计算方法。引入熵的概念，讨论化学反应的方向和限度，以及热力学第二定律在化学反应中的应用。介绍温度、压力、热量、功等热力学基本概念及其在化学反应中的意义。123表达式及影响因素；溶度积规则；沉淀的生成、溶解与转化；分步沉淀及其简单应用。沉淀溶解平衡常数（Ksp）氧化还原反应与电极电势的关系；标准电极电势与氧化还原反应方向的关系；E-pH图及其应用。氧化还原平衡常数配合物稳定常数的表达式及其影响因素；配位平衡与其他平衡的关系；配合物的生成与转化。配合物的稳定常数化学反应平衡常数计算介绍热化学方程式的书写方法及注意事项，讨论热化学方程式在化学反应热力学数据应用中的重要性。热化学方程式阐述盖斯定律的内容及其在化学反应热力学数据应用中的意义，讨论如何利用盖斯定律计算化学反应的热效应。盖斯定律介绍热力学数据表的内容和使用方法，讨论如何利用热力学数据表查询和计算化学反应的热力学数据。热力学数据表化学反应热力学数据应用05热力学在材料科学中的应用介绍温度、热量、内能、熵等热力学基本概念，及其在材料科学中的应用。热力学基本概念热力学第一定律热力学第二定律阐述能量守恒定律在材料热力学中的应用，包括热功转换、热效率等。介绍熵增原理、热力学过程的方向性等热力学第二定律的核心内容，及其在材料科学中的应用。030201材料热力学基础

材料相变热力学分析相变现象与分类阐述材料中常见的相变现象，如固-固相变、固-液相变、液-气相变等，及其分类方法。相变热力学基础介绍相变过程中的热力学基础，如相平衡条件、相变驱动力等。材料相变热力学应用举例说明相变热力学在材料制备、加工、性能优化等方面的应用。介绍计算材料热力学性质的方法，如基于第一性原理的计算、分子动力学模拟等。热力学性质计算方法阐述材料热力学数据库的建立和应用，包括热力学数据的获取、整理、分析和应用等。材料热力学数据库介绍常用的材料热力学模拟软件，如CALPHAD、Thermo-Calc等，及其在材料设计、优化和性能预测等方面的应用。材料热力学模拟软件材料热力学性质计算与模拟06热力学前沿研究领域介绍非平衡态热力学理论包括局域平衡假设、熵产生原理和涨落定理等，用于描述和理解非平衡态系统的热力学过程。非平衡态热力学应用在化学反应动力学、材料科学、生物物理学等领域有广泛应用，如研究反应速率、相变过程、生物分子马达等。非平衡态热力学概述研究系统在不处于热力学平衡状态时的热力学性质和行为。非平衡态热力学研究03微观尺度热力学应用在纳米科技、生物医学、能源转换等领域有重要应用，如纳米热电器件、生物分子能量转换等。01微观尺度热力学概述研究在微观尺度下，如纳米、分子等层面上的热力学现象和规律。02微观尺度热力学理论包括统计热力学、量子热力学等，用于揭示微观尺度下的热力学本质和机制。微观尺度下热力学现象探索复杂系统热力学理论包括非平衡态统计物理、自组织理论、耗散结