2022年第二章热力学第一定律概念及公式总结 .pdf

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1、第二章热力学第一定律重点小结1 第二章热力学第一定律2.3热力学基本概念1.系统：隔离系统：没有物质或能量的交换封闭系统：有能量交换敞开系统：有能量或物质的交换2.热力学平衡态：（当系统的各种性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡状态）热力学必须同时满足的条件平衡：热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。2.3.1状态函数 (当系统的状态发生变化时，它的一系列性质也随之变化，改变的多少取决于始态和终态 )【异途同归，值变相等；周而复始，数值还原】m、T、 、P、V、浓度、黏度、折光率、热力学能、焓、熵2.3.2 状态方程,Tfp与系统性质有关的函数2.3.3 过程和途径2.3.3.1 常见的

2、变化过程有：等温过程：只有始终态温度不变恒温过程：在过程中温度一直持续不变等压过程：始终态压力相等且等于环境温度等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器）绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态d0、d0 p、d0 U、d0 T精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结2 状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与中间具体的变化无关。过程函数的特点：?只有系统发生一个变化时才有过程函数?过程函数不仅与始终态有关还与途径有关?没有全微分，只

3、有微小量。用Q、w表示?环积分不一定为 0 （不一定0Q）2.3.4 热和功热的本质是分子无规则运动强度的一种体现，系统内部的能量交换不可能是热。功和热都不是状态函数，其值与过程无关。2.4热力学第一定律热力学能是指系统内分子运动的平动能、转动能、振动能、电子及核的能量，以及分子与分子之间相互作用的位能等能量的总和。文字表述：第一类永动机是不可能造成的（既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外做功的机器称为第一类永动机）能量总量在转化过程中保持不变系统热力学能的变化是：21UUUQ W系统发生微小变化，热力学能的变化dU为：dUQW（状态函数）对于物质的量为定值的封闭系统，则微小变

4、量的热力学能变化可以表示为：W精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结3 dddpTUUTpTp2.5准静态过程与可逆过程2.5.1功与过程系统做的膨胀功为：eedWF dlpV膨胀功分为：自由膨胀（向真空膨胀） ：外压ep为零的膨胀过程，由于ep=0所以，,10eW，系统对外不做功。外压始终维持恒定：,221eeWpVV多次等外压膨胀：,312eeeWpVpV外压ep总是比内压ip小一个无限小的膨胀：212,41dlnveivvwpVnRTv（理想气体且温度恒定）膨胀功需要注意的：ep是环境压

5、力而非系统压力；不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用deP V表示；只有deP V 这个量才是体积功，而epV、dep V、dVp都不是体积功；等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功；等温可逆压缩过程中环境对系统做最小功；外压分布越多，系统对外所做的功也就越大。理想气体：宏观上，理想气体是一种无限稀薄的气体，遵从理想气体状态方程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结4 和焦耳内能定律。实际气体：气体分子本身占有容积，分子之间存在作用力气体。2.6 焓 （ H ）21pH HH Q2.6.1 等容且

6、不做非膨胀功条件下有：0V、0W、vUQ、ddvVQUp2.6.2 等压不做非膨胀功条件下有：ddpQUp vd0pdQpUpv2.7 热容：系统升高单位热力学温度时所吸收的热定压热容：dpHQpCT定容热容：dVVUQCT定压摩尔热容：,1dp mQpCTnT定容摩尔热容：,1dVV m TQCnTCp、vC是广度性质的状态函数，而,p mC、,T mC是强度性质的状态函数2.8 热力学第一定律对理想气体的应用2.8.1 对于理想气体，在等容不做非膨胀功的条件下：dVVUQCT对于理想气体，在等压不做非膨胀功的条件下：dpHQpCT2.8.2 理想气体的 Cp、vC 之差pTpUVCCpvT

7、（适用于任何均匀系统 ）理想气体下，VCpCnR 、,p mv mCCR2.8.3 绝热过程的功和过程方程式（Q=0） ：在绝热过程中， Q=0，在不作非膨胀功时，dUW或dd0Up V精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结5 dddvUUUTT VTvC为常数21vWU C T TddvUCT、21dTvTUCT绝热过程中温度一定变化，当绝热膨胀时系统对外做功，热力学能一定下降，系统温度必然降低；当绝热过程压缩时，环境对系统做功，热力学能一定增加，系统温度上升。绝热过程膨胀时， T 实际气体

8、 T 理想气体绝热过程压缩时， T 理想气体 T 实际气体由VCpC有1vpCCnRCvCv则有dd10TVTV此式无论VC是否与T 有关均能成立。若VC 是常数，对于单原子理想气体,32V mCR、对双原子分子理想气体,52V mCR。1PVK、1122p vp v、12TVk、13rPTk、1VnRC绝热可逆过程中的功：21112111d1vkwvp vVV= 211nRTTW=21VWCTT（适用于理想气体）2.8.4 Carnot 循环AB:等温可逆膨胀BC:绝热可逆膨胀AD:绝热可逆压缩 DC:等温可逆压缩过程（1） ：等温可逆膨胀A B C D P V （1）（ 2）（ 3）（4）

9、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结6 10U、1hQW、21112dlnVhVWVp VnRTV过程（2） ：绝热可逆膨胀20Q、22,dChTv mTWUnCT过程（3） ：等温可逆压缩30U、3CQW、43334dlnvcVWvp vnRTv、30w、0CQ过程（4） ：绝热可逆压缩44,dhcTV mTWUnCT、40Q、以上四个过程构成一个可逆循环，系统又回到了始态：0U、QW、hCQQQ0cQ、1234WWWWW=13WW（2W与4W对消） =3124lnlnhcvvnRTnRT

10、vv【1123hCT VT V、1114hCT VT V、12lnhCVWnR TTV】2.8.5 热机效率：将热机对环境所做的功与从高温热源所吸收的热之比1chhTWQT或10chhWQcQQQ所以热机效率小于1 11cchhQTQT或0chhQQTcT2.10 J-T 效应-实际气体的U和H：2.10.1节流：由于存在阻力，流体的压力降低；J-T 效应：节流前后 T 不同的现象。节流膨胀：维持一定压力差的绝热膨胀过程。【节流过程是个等焓过程，即绝热等焓过程】气体经膨胀后的温度变化与压力变化的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页

11、，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结7 比值JT用微分表示为，JT为焦 -汤系数 。理想气体，0J T；实际气体，JT不一定为零2.10.2 实际气体的H 和UTVUpTpVT、pTHVVTpT、在等温下2TmUaVV在等温下当体积变化时,1,211mmUaVV、,1,211mmmHapVVV实际气体的TUp和TUV的都不等于零，H也不等于零2.10.3化学反应的热效应：HpQH、HVQU由于H是状态函数，所以123rrrHHHT P 气体的等焓线7 6 5 4 3 2 1 0JT0JT反应物1T、1p、1v等压0rIH生成物1T、1p、2v、生成物1T、2p、1v等容2rUQ2rHH3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页第二章热力学第一定律重点小结8 12npVRT或rrnHURT2.10.4 反应进度：2.10.5 摩尔焓变BrrmBHVHHn精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页