第二章--热力学第一定律及其应用.ppt

物理化学电子教案—第二章 第二章 热力学第一定律及其应用 第二章 热力学第一定律及其应用 目标 2.1 热力学的构成 2.2 热力学概论 热力学的方法和局限性 2.3 热力学的一些基本的概念 体系与环境 体系分类 体系分类 体系分类 体系分类 体系的性质 体系的性质 过程和途径 过程—系统状态所发生的一切变化 等温过程，等压过程，等容过程，循环过程 途径—系统状态发生变化时，由一始态到另一终态， 可以经由不同的方式。这种由同一始态到同一终态的不 同方式称为不同的途径。 热力学平衡态 热力学平衡态 状态函数 状态方程 热和功 热和功 特别强调 知识回顾 2.4 热力学第一定律 热功当量 能量守恒定律 热力学能—内能 内能的几点说明 内能的几点说明 第一定律的文字表述 第一定律的文字表述 第一定律的数学表达式 2.5 准静态过程与可逆过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 从上面的推导可以看出：从同样的开始状态到同样的终了 状态，体系所做的功大小不一样。所以功与变化途径有关。功 不是体系的状态函数，不是体系的性质，因此不能说体系含有 多少功。 根据热力学第一定律△U=Q-W，式中△U决定于始终态， 由于W的数值与变化的过程有关，显然Q的数值也必与变化的过 程有关。同样，不能说体系含有多少热量。 功和热都是被传递的能量，都不是状态函数，只有在过程 发生时才有意义，也只有联系某一具体的变化过程时，才能 求出功和热来。 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 功与过程 准静态过程（guasistatic process） 可逆过程（reversible process） 可逆过程（reversible process） 可逆过程（reversible process） 可逆过程的说明： 可逆过程是理想的过程，是一种科学的抽象，在客观世 界中并不存在正真的可逆过程。实际过程只是无限的趋近于 它。但是可逆过程的概念很重要，可逆过程是在体系接近于平 衡的状态下发生的，因此，它和平衡态密切相关。一些重要的 热力学函数的增量，只有通过可逆过程才能得到。在这种过程 中，当体系对外做功时，做最大功；当环境对体系做功时，只 需做最小功，从消耗和获得能的观点看，他们都是效率最高的 过程。如果将实际过程与理想的可逆过程比较，就能确定提高 实际过程效率的可能性。 常见的变化过程 常见的变化过程 2.6 焓（enthalpy） 2.6 焓（enthalpy） 焓 几点说明： 从上面的推导可以看出： 当体系在变化过程中只做体积功，而不做其它功时， 则： 等容过程：△U=Qv, 物理意义：即体系在等容过程中吸收的热全部用以增加内能 等压过程：△H=Qp 物理意义：即体系在等压过程中吸收的热全部用于使焓增加 虽然体系的内能和焓的绝对值目前还无法知道，但是在一定的 条件下，可以从体系和环境间热量的传递来衡量体系的内能和 焓的变化值 2.7 热容 （heat capacity） 2.7 热容 （heat capacity） 2.7 热容 （heat capacity） 2.7 热容 （heat capacity） 特别强调 知识回顾 回顾--功与过程 回顾—重要的公式 第一定律 回顾—重要的公式 回顾—重要的公式 回顾—重要的公式 2.8 热力学第一定律对理想气体的应用 Gay-Lussac-Joule实验 Gay-Lussac-Joule实验 理想气体的内能和焓 G-J实验的说明 G-J实验是不够精确的，因为水浴中水的热容量很大，即使气体膨胀时吸收了一点热量，水温的变化也未必能测定得出来。但大量的实验表明，气体原来的压力越小，式子U=f(T)越准确，因此，可以断定，当P 0时，式子U=f(T)完全正确，即理想气体的内能仅为温度的函数。 理想气体的Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 一般封闭体系Cp与Cv之差 绝热过程（addiabatic process) 绝热过程（addiabatic process) 绝热过程（addiabatic process) 绝热过程（addiabatic process) 绝热过程（addiabatic process) 绝热过程（addiabatic process) 可以看出，绝热过程曲线的斜率（坡度）较大。在 绝热膨胀过程中，一方面气体的体积变大，另一方面气 体的温度下降，这两个因素都使气体的压力降低。而在 等温过程中只有第一个因素。 绝热过程（addiabatic proces