第2章 热力学第一定律PPT讲稿.ppt

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1、第第2章章 热力学第一定律热力学第一定律2022/9/17第1页，共149页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 热力学基本概念热力学基本概念2.22.2 热力学第一定律热力学第一定律2.3 2.3 恒容热、恒压热、焓恒容热、恒压热、焓2.42.4 热容，恒容变温过程、恒压变温过程热容，恒容变温过程、恒压变温过程2.5 2.5 焦尔实验，理想气体的热力学能、焓焦尔实验，理想气体的热力学能、焓2.6 2.6 气体可逆膨胀压缩过程，理气绝热可逆过程气体可逆膨胀压缩过程，理气绝热可逆过程2.7 2.7 相变化过程相变化过程2.9 2.9 化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓化学计量数、反应进度和

2、标准摩尔反应焓2.10 2.10 标准摩尔反应焓的计算标准摩尔反应焓的计算2.112.11 节流膨胀与焦尔节流膨胀与焦尔-汤姆逊效应汤姆逊效应2022/9/17第2页，共149页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 热力学基本概念热力学基本概念2022/9/17第3页，共149页，编辑于2022年，星期一1.1.系统与环境系统与环境系统系统环境环境系统（系统（SystemSystem）被划定的研究对象称为系被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。统，亦称为物系或体系。环境（环境（ambience or surroundingsambience or surroundings）与系统密切

3、相关、有相互作用或影与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。响所能及的部分称为环境。2022/9/17第4页，共149页，编辑于2022年，星期一系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为孤立系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环称为孤立系统。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。境一起作为孤立系统来考虑。系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。物质交换物质交换能量交换能量交换(包括热

4、和功包括热和功)系统分类系统分类（1 1）封闭系统（）封闭系统（closed systemclosed system）（2 2）隔离系统（）隔离系统（isolated systemisolated system）（3 3）敞开系统（）敞开系统（open systemopen system）2022/9/17第5页，共149页，编辑于2022年，星期一2.2.状态和状态函数状态和状态函数状态状态（state）例如：理想气体例如：理想气体 T T，P P，V V，n n热力学用系统所有性质描述系统所处的状态热力学用系统所有性质描述系统所处的状态指静止的，系统内部的状态。也称热力学状指静止的，系统内

5、部的状态。也称热力学状态。是系统的所有性质的总体表现。态。是系统的所有性质的总体表现。状态确定，系统的所有热力学性质也就确定了状态确定，系统的所有热力学性质也就确定了2022/9/17第6页，共149页，编辑于2022年，星期一状态函数状态函数系统的各种性质均为状态的函数，称为状态系统的各种性质均为状态的函数，称为状态函数。函数。在除压力外没其它广义力的条件下，对于纯物质在除压力外没其它广义力的条件下，对于纯物质单相系统，经验表明，只需指定任意两个能独立改变单相系统，经验表明，只需指定任意两个能独立改变的性质，即可确定系统的状态。的性质，即可确定系统的状态。X=f(x,y)一般来说，这两个变量

6、选为温度和压力。一般来说，这两个变量选为温度和压力。V=f(T,p)V=nRT/p2022/9/17第7页，共149页，编辑于2022年，星期一状态函数的特征：状态函数的特征：（1）它是单值函数。系统确定后，任一状态函）它是单值函数。系统确定后，任一状态函数只有唯一确定的值，它的变化值只决定于系数只有唯一确定的值，它的变化值只决定于系统的始末态，而与变化的方式无关。统的始末态，而与变化的方式无关。状态状态 1状态状态2途径途径 1途径途径 2(T1，p1)(T2，p2)2022/9/17第8页，共149页，编辑于2022年，星期一（2）状态函数的微小变量是全微分）状态函数的微小变量是全微分全微

7、分为偏微分之和全微分为偏微分之和全微分的积分与积分途径无关全微分的积分与积分途径无关2022/9/17第9页，共149页，编辑于2022年，星期一V1,T1V2,T2V=V1+V2T T 1+T 2性质分类性质分类广度性质（广度性质（extensive propertiesextensive properties）强度性质（强度性质（intensive propertiesintensive properties）性质的数值与系统的物质的数量性质的数值与系统的物质的数量成正比，如成正比，如V V、m m、熵等。这种性质熵等。这种性质具有加和性。具有加和性。性质的数值与系统中物质的数量无性质的数

8、值与系统中物质的数量无关，不具有加和性，如温度、压力关，不具有加和性，如温度、压力等。等。两个广度性质之比为强度性质两个广度性质之比为强度性质如如 =m/n2022/9/17第10页，共149页，编辑于2022年，星期一(热力学）平衡态（热力学）平衡态（state of thermaldynamical state of thermaldynamical equilibrium)equilibrium)热平衡（热平衡（thermal equilibriumthermal equilibrium）系统各部分温度相等。如果不绝热，则与环境温度也相系统各部分温度相等。如果不绝热，则与环境温度也相等。

9、等。力平衡（力平衡（mechanical equilibriummechanical equilibrium）系统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚性系统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚性壁存在，系统和环境压力不等，但也能保持力学平壁存在，系统和环境压力不等，但也能保持力学平衡。也称机械平衡。衡。也称机械平衡。2022/9/17第11页，共149页，编辑于2022年，星期一化学平衡（化学平衡（chemical equilibrium chemical equilibrium）相平衡（相平衡（phase equilibriumphase equilibrium）反应系统中各物的数量不再

10、随时间而改变。反应系统中各物的数量不再随时间而改变。多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。*未经特指，以后所述状态均指平衡态。未经特指，以后所述状态均指平衡态。2022/9/17第12页，共149页，编辑于2022年，星期一3.3.过程和途径过程和途径途径途径系统状态所发生系统状态所发生的任何变化。的任何变化。过程过程实现过程的具体实现过程的具体方式（步骤）方式（步骤）2022/9/17第13页，共149页，编辑于2022年，星期一过程分类过程分类（1）单纯）单纯pVT变化（简单状态变化）变化（简单状态变化）（2）相变化（物态或晶型的改变）相变

11、化（物态或晶型的改变）（3）化学变化（化学反应）化学变化（化学反应）根据系统内部物质变化的类型根据系统内部物质变化的类型2022/9/17第14页，共149页，编辑于2022年，星期一循环过程循环过程 始态始态始态始态 根据过程进行的特定条件根据过程进行的特定条件恒温过程恒温过程 T T=T T环境环境=定值定值恒压过程恒压过程恒压过程恒压过程 P P=P P环境环境环境环境=定值定值恒容过程恒容过程恒容过程恒容过程 V V=定值定值定值定值绝热过程绝热过程 无热交换无热交换2022/9/17第15页，共149页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 热力学第一定律热力学第一定律2022/9

12、/17第16页，共149页，编辑于2022年，星期一1.1.热（热（heatheat）系统与环境之间因温差而交换的能量称为热，用符号Q 表示，单位为J。系统吸热，Q0；系统放热，Q0；系统作功，系统作功，W0 热源放热Q加热 T1T2冷却：系统放热Q冷却 Q2，所以系统的末态温度应所以系统的末态温度应不低于不低于0。过程（。过程（2）可以进行完全。）可以进行完全。而而 Q10 经节流膨胀后，气体温度降低。0 经节流膨胀后，气体温度升高。=0 经节流膨胀后，气体温度不变。称为焦-汤系数（Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。是系统的强度性质。因为节流过程的 ,所以当：2022/9/17第149页，共149页，编辑于2022年，星期一