物理化学热力学第一定律.ppt

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1、关于物理化学热力学第一定律现在学习的是第1页，共23页绪绪 论论一、物理化学研究的目的和内容一、物理化学研究的目的和内容1、物理化学的定义 物理化学是从物质的物理现象和化学现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化规律的一门科学。清华大学的定义：清华大学的定义：用物理学原理研究化学过程所具有的性质和行为的科学用物理学原理研究化学过程所具有的性质和行为的科学。二者关系二者关系:相互转化化学变化物理变化相互联系常常伴随着物理效应常常包含着物理过程化学过程化学过程现在学习的是第2页，共23页化学反应伴随着物理效应：化学反应伴随着物理效应：物理变化引起化学变化：物理变化引起化学变化：举例：举例：现在学习

2、的是第3页，共23页结论：结论：物理现象与化学现象总是紧密地联系着的物理现象与化学现象总是紧密地联系着的 物理化学就是从这一联系入手物理化学就是从这一联系入手从而找出化学变化的规律从而找出化学变化的规律 目的（可以解决实际问题）目的（可以解决实际问题）现在学习的是第4页，共23页2 2、物理化学研究的内容、物理化学研究的内容大致可概括为三个方面：大致可概括为三个方面：1 1、化学系统的宏观平衡性质；、化学系统的宏观平衡性质；2 2、化学系统的动态性质；、化学系统的动态性质；3 3、化学体系的微观结构和性质。、化学体系的微观结构和性质。本课程讲本课程讲现在学习的是第5页，共23页三、三、物理化学

3、有什么用？物理化学有什么用？电动车单晶硅（区域熔炼）现在学习的是第6页，共23页第一章第一章 热力学第一定律热力学第一定律系统:被研究的对象称为系统环境:系统以外并与系统密切相关的部分称为环境注意：*系统与环境可人为地划分，以研究问题的方便为准则*系统与环境之间存在界面：真实的虚构的1.1 热力学基本概念热力学基本概念一、系统与环境体系物质和能量的交换系统与环境之间存在相互作用现在学习的是第7页，共23页三种不同的系统三种不同的系统依系统与环境之间的关系，系统可分为三类。现在学习的是第8页，共23页三种不同的系统三种不同的系统1）敞开系统 依系统与环境之间的关系，系统可分为三类。系统与环境之间

4、既有物质的交换，又有能量的交换。（开放体系）现在学习的是第9页，共23页2）封闭系统 系统与环境之间无物质的交换，但有能量的交换。现在学习的是第10页，共23页 系统与环境之间既无物质的交换，又无能量的交换。3）孤立系统（隔离体系）但孤立体系可以构成：系统但孤立体系可以构成：系统 环境环境自然界中不存在绝对的孤立系统!相互作用小时：相互作用小时：可以认为是孤立系统可以认为是孤立系统构成孤立系统现在学习的是第11页，共23页例题例题:系统与环境的划分系统与环境的划分 （具有人为性）1)系统系统:水水+电热丝电热丝 环境环境:电源电源+导线导线+容器容器2)系统系统:水水 环境环境:电源电源+导线

5、导线+容器容器+电热丝电热丝研究通电后容器研究通电后容器内内T T的变化的变化研究通电后水的体研究通电后水的体积的变化积的变化现在学习的是第12页，共23页二、系统的性质性质：指事物的特性，本质。在热力学中是用系统的宏观性质宏观性质对系统进行描述的。体积体积 压力压力 温度温度 粘度粘度 表面张力表面张力 等等如如（这些都是宏观可测物理量）热力学性质可分为两大类：热力学性质可分为两大类：热力学性质可分为两大类：热力学性质可分为两大类：广度性质（容量性质）：广度性质（容量性质）：性质的数值与体系中物质的量成正比（具有加和性）（具有加和性）强度性质：强度性质：性质的数值取决于体系自身的特性，与体系

6、中物质的量无关 （不具有加和性）（不具有加和性）如：体积如：体积V V、质量、质量m m、熵、熵S S 等等等等如：温度如：温度T T、压力、压力p p、摩尔热容、摩尔热容C Cv v，m m 等等等等现在学习的是第13页，共23页三、系统的状态1.系统的状态系统的状态：系统中全部物理性质和化学性质的综合体现。：系统中全部物理性质和化学性质的综合体现。(体系一切性质的总和体系一切性质的总和)各种性质一定，系统的状态就一定。任何一个性质发生了变化，系统的状态就要发生变化。现在学习的是第14页，共23页2.状态方程状态方程：热力学系统各性质之间有一定的函数关系。：热力学系统各性质之间有一定的函数关

7、系。状态方程状态方程关系式称例：理想气体的状态方程：p=nRT/V状态函数状态参量（性质）状态方程通式单组分均匀系统：单组分均匀系统：Z=f(T,p,n)多组分均匀系统：多组分均匀系统：Z=f(T,p,n1,n2,n3,.)部分组分的物质的量状态方程由实验确定，热力学方法无法导出！状态方程由实验确定，热力学方法无法导出！现在学习的是第15页，共23页3.状态函数的性质状态函数的性质定义：状态函数是状态的函数。特点：特点：变化值仅与始、终态有关，与变化的途径无关。变化值仅与始、终态有关，与变化的途径无关。(1)(1)体系的状态确定后，状态函数的值便体系的状态确定后，状态函数的值便 被确定；被确定

8、；(2)(2)体系经历一过程，其状态函数的差值体系经历一过程，其状态函数的差值 只取决于体系的始终两态。只取决于体系的始终两态。pV1 12 2A（P1,V1）(P2,V2)B 沿途径1：从A到B 沿途径2：从A到B Z Z Z Z1 1 1 1 Z Z Z Z2 2 2 2状态函数Z的改变值相等对状态函数的理解!现在学习的是第16页，共23页4.4.4.4.状态函数具有状态函数具有全微分的性质全微分的性质成立的条件例：一定量的理性气体的状态方程例：一定量的理性气体的状态方程这一项对T求导这一项对V求导现在学习的是第17页，共23页四、热力学平衡态当系统的诸性质不随时间而变时，则系统就处于热力

9、学平衡态。当系统的诸性质不随时间而变时，则系统就处于热力学平衡态。力平衡力平衡:系统处处压力相等,且与环境相等（无刚性壁存在时）热平衡热平衡:系统处处温度相等,且与环境相等（无绝热壁存在时）相平衡相平衡:系统中各相的组成和数量均不随时间而变 化学平衡化学平衡:系统中各物质的量不随时间而变热力学平衡态包括以下热力学平衡态包括以下4 4个平衡：个平衡：例例说明：说明：亚稳态亚稳态在存在的一段时间内也可作平衡态系统处理。不稳定的平衡系统无宏观量流现在学习的是第18页，共23页五、过程与途径问题：问题：人们没有严格区分过程与途径，常常把途径说成过程。现在学习的是第19页，共23页准静态过程准静态过程准

10、静态过程准静态过程准静态过程的特征：准静态过程的特征：过程的推动力为无穷小量df 由一系列无限接近于平衡态的状态组成完成任一有限量的变化，均需无限长的时间例：例：汽缸内气体膨胀的过程GasBeakerWaterPiston准静态过程是一种理想的过程，实际并不存在严格意义上的准静态过程，在某些情况下可以近似地实现。如果该过程无摩擦力，则该准静态过程为现在学习的是第20页，共23页可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程 当体系发生某一过程后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态，而不留下任何痕迹当体系发生某一过程后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态，而不留下任何痕迹的过程称为可逆过程。的过程称为可逆过程。（否则为不可逆过程）（否则为不可逆过程）对可逆过程的理解：对可逆过程的理解：现在学习的是第21页，共23页对不可逆过程的分析：对不可逆过程的分析：理想气体向真空膨胀理想气体向真空膨胀（P外0）膨胀过程：W1=-P0(V2-V1)=-0(V2-V1)=0U1=0(记住，理想气体向真空膨胀)Q1U1-W0体系恢复后体系恢复后(复原复原)：恢复过程：W2=-nRTln(V1/V2)0U2=-U1=0(状态函数的性质)Q2U2-W2-W20现在学习的是第22页，共23页感谢大家观看现在学习的是第23页，共23页