物理化学第二章热力学第一定律课程软件.doc

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1、,第二章 热力学第一定律2.1 基本概念及术语1.系统与环境系统：热力学把作为研究对象的那部分物质称为系统，亦称为物系或体系。环境：是系统以外与之相联系的那部分物质，环境又称外界。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。根据系统与环境之间的联系情况，把系统分为三类：（1）敞开系统（开放系统）：系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭系统：系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。（3）隔离系统（孤立系统）：系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换 。 2.状态和状态函数(1) 状态和状态函数性质：描述状态的宏观物理量。例如：温度、熵

2、、内能、压力、摩尔数等。结论：系统的各种性质均随状态的确定而确定，与达到此状态的经历无关。鉴于状态与性质之间的这种对应关系，所以系统的热力学性质又称作状态函数。 状态函数的特点： a）系统状态的微小变化所引起的状态函数的变化用全微分表示；b) 系统状态变化及其差值只与始态、末态有关，而与变化的具体途径或经历无关。(2)状态函数的分类广度量和强度量广度量（广度性质）：是指与物质的数量成正比的性质，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。强度量（强度性质）：是指与物质的数量无关的性质，如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。（3）平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则系统

3、就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：a.热平衡：系统各部分温度相等。b.力学平衡：系统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。c.相平衡：多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。d.化学平衡:反应系统中各物质的数量不再随时间而改变。3. 过程与途径1）定义： 过程：系统从一个状态变化到另一个状态；途径：完成某个过程的具体步骤或方式。2）常见的变化过程（1）等温过程：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：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：在变化过程中，系统的容积始终保

4、持不变。（4）绝热过程：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：系统从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的变量都等于零。3) 按系统内部物质变化类型分类pVT变化：组成，聚集态不变相变化：组成不变，聚集态发生变化化学变化：组成变，发生化学反应4.功和热（1）功定义：当系统在广义力的作用下，产生了广义的位移，就作了广义功。说明：系统与环境之间传递的除热以外的其他能量都称为功。 功用符号W表示,单位为J。环境对系统作功，W0；系统对环境作功，

5、W0；系统放热，Q p2，用温度计测量多孔塞左、右两侧的温度T1,T2。这种在绝热条件下，气体始末态压力分别保持恒定条件下的膨胀过程，称为节流膨胀过程。焦耳汤姆逊实验表明：室温常压下的多数气体，经节流膨胀后温度下降，产生致冷效应，而氢、氦等少数气体经节流膨胀后温度升高，产生致热效应。实验还发现，各种气体在压力足够低时经节流膨胀后，温度基本不变。2.节流膨胀的热力学特征节流膨胀过程绝热，Q=0。气体在左侧压力p1下的体积变化为，在右侧压力下的体积变化为。故整个过程的体积功为。又，所以有得 即 真实气体经过恒焓的节流膨胀过程后温度发生变化，表明真实气体的焓不只是温度的函数，还是压力的函数，即。同时也可以说明。焦耳-汤姆逊系数或节流膨胀系数：，J-T的单位为KPa。显然，理想气体的，对真实气体，若节流膨胀后产生致冷效应，其，若节流膨胀后产生热冷效应，其。越大，其致冷或致热效应能力越强。