第二章热力学第一定律概念及公式总结.doc

第二章 热力学第一定律重点小结
第二章 热力学第一定律
2.3热力学基本概念
1.系统：
l 隔离系统：没有物质或能量的交换
l 封闭系统：有能量交换
l 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、ρ、 、V、浓度、黏度、折光率、热力学能、焓、熵》
2.3.2 状态方程
与系统性质有关的函数
2.3.3 过程和途径
2.3.3.1 常见的变化过程有：
l 等温过程：只有始终态温度不变
l 恒温过程：在过程中温度一直持续不变
l 等压过程：始终态压力相等且等于环境温度
l 等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器）
l 绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0
l 环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态
、 、、
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：
Ø 只有系统发生一个变化时才有过程函数
Ø 过程函数不仅与始终态有关还与途径有关
Ø 没有全微分，只有微小量。用、表示
Ø 环积分不一定为0 （不一定）
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：

系统发生微小变化，热力学能的变化为：
（状态函数）
对于物质的量为定值的封闭系统，则微小变量的热力学能变化可以表示为：

2.5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：

膨胀功分为 ：
² 自由膨胀（向真空膨胀）<W=0>：外压为零的膨胀过程，由于=0所以， ，系统对外不做功。
² 外压始终维持恒定：
² 多次等外压膨胀：
² 外压 总是比内压 小一个无限小的膨胀：（理想气体且温度恒定）
膨胀功需要注意的：
u 是环境压力而非系统压力；
u 不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用 表示；
u 只有这个量才是体积功，而 、 、 都不是体积功；
u 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；
u 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 （）

2.6.1 等容且不做非膨胀功条件下有：
、、 、
2.6.2 等压不做非膨胀功条件下有：

2.7 热容：系统升高单位热力学温度时所吸收的热

定压热容： 定容热容：
定压摩尔热容： 定容摩尔热容：
、 是广度性质的状态函数，而、 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：
对于理想气体，在等压不做非膨胀功的条件下：
2.8.2 理想气体的、之差
（适用于任何均匀系统）
理想气体下， 、
2.8.3 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，或
为常数

、
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>T理想气体
绝热过程压缩时，T理想气体>T实际气体
由 有 则有
此式无论是否与有关均能成立。若是常数 ，对于单原子理想气体 、对双原子分子理想气体。
、 、 、 、
绝热可逆过程中的功：
A
P
（1）
= =（适用于理想气体）
B
2.8.4 Carnot 循环
（4）
（2）
AB:等温可逆膨胀 BC:绝热可逆膨胀
（3）
V
C
D
AD:绝热可逆压缩DC:等温可逆压缩

l 过程（1）：等温可逆膨胀
、、
l 过程（2）：绝热可逆膨胀
、
l 过程（3）：等温可逆压缩
、、 、 、
l 过程（4）：绝热可逆压缩
、、
以上四个过程构成一个可逆循环，系统又回到了始态：
、、 、
=（与对消）=
【、、】
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
或 所以热机效率小于1
或
2.10 J-T 效应---实际气体的和：
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
7
6
4
5
1
2
3
T
比值用微分表示为，为焦-汤系数。

理想气体，；实际气体， P
气体的等焓线
不一定为零

2.10.2 实际气体的和
、、在等温下
在等温下当体积变化时 、
实际气体的和的都不等于零，也不等于零
生成物
、、、

等压

反应物
、、

2.10.3化学反应的热效应：
3

、
由于是状态函数 ，所以
生成物
、、

等容

或
2.10.4 反应进度：

2.10.5 摩尔焓变

7