文档介绍：第一章 热力学第一定律
热力学(thermodynamics)
研究宏观系统能量相互转换过程中的规律和科学。
18世纪以前,人们对热的认识是粗略和模糊的。直至19世纪中叶才在实验的基础上建立
热力学第一定律(能量守恒)
焦耳(Joule,1818-1889, 英)1850年
热力学第二定律
开尔文(Lord Kelvin, 1824-1907,英),1848
克劳修斯(Clausius,1822-1888 ,德)1850
构成了热力学的基础
人类经验总结,物理化学中最基本的定律
有着极其牢固的实验基础,其结论具有高度普遍性和可靠性
20世纪初建立了热力学第三定律
特点:
研究具有足够多质点的系统(而非个别质点行为)。结果具有统计意义,反映平均行为
只需知道系统起始状态和最终状态,及过程进行的边界条件,就可进行相应计算(不需要物质结构知识,也不需要知道过程机理)
只能告诉我们:某种条件下变化能否自动发生,发生到什么程度(无法得知变化所需要时间,变化发生的原因,及变化所经过历程)
只对现象作宏观了解。只计算变化前后的净结果,而不考虑细节;
热力学的一些基本概念
-1系统和环境
作为研究对象的这一物体及其空间就称为系统。此外则为环境,通常是指与系统有相互影响(物质或能量交换)的有限部分。
系统和环境之间的边界可以是物理界面,也可为抽象的数学界面。
三类系统:
敞开系统(开放系统)
物质√能量√
封闭系统(关闭系统)
物质× 能量√
孤立系统(隔离系统)
物质× 能量×
-2 状态和状态函数
系统诸性质不随时间而变时,体系就处于平衡态(热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡)
各组分的组成和数量不随时间而改变,温度、压力相等,与外界无物质能量交换。
非平衡态:各部分物理量是不相等的。
但若其状态不随时间而变----定态。
定态属于非平衡态,只是系统内部进行的热传导、扩散或化学反应等宏观过程与外部交换物质能量过程的总效果使系统的宏观状态不随时间改变而已。
系统的性质可分为两类:
:性质的数值与系统中物质的量成正比,具有加和性,A= ai 。如:体积、质量。系统性质即为各部分性质之和。
:性质的数值与系统中物质的量无关,无加和性,如:温度、压力、密度等。有时容量性质之比=强度性质
系统的状态性质之间是相互关联的(某一性质的变化会引起至少另外一个状态性质的变化)。因而要确定一个系统的热力学状态,并不需要知道所有的状态性质,而只需要确定几个状态性质即可。
在系统的性质中通常我们选择最易测定的典型性质作为独立变量,而把其它性质表示成这些独立变量的函数。如T= f ( P,V,n1,n2,…. ni)
状态函数: T P V U H S G
系统的状态确定后,其每一个状态函数都有一个确定值。此值会随系统状态变化而变化,但其改变值只与改变过程的始、终态有关,而与系统的变化途径无关。若系统复原,状态函数也恢复到原来数值,改变量为零。
状态函数是状态的单值函数,其微小变量为全微分,二阶偏微商与求导次序无关
状态函数的集合(和、差、商、积)也是状态函数?