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热力学(thermodynamics)
研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。它研究在各种物理变化和化学变化中所发生的能量效应;
研究在一定条件下某种过程能否自发进行,如果能自发进行,则进行到什么程度为止,这就是变化的方向和限度问题。
第一节热力学概论
一、热力学研究的对象和内容
热力学在发展初期,只是研究热和机械功之间相互转换的关系,这问题是随着蒸汽机的发明和使用而被提出的。至于其它形式的能量,最初不在热力学的研究范围以内。
但随着电能、化学能、辐射能及其它形式的能量的发现和研究,它们亦逐渐地纳入了热力学的研究范围。
热力学的基础主要是建立在FirstLawandSecondLaw两个经验定律的上的。
热力学第一定律和热力学第二定律:
,它不能从逻辑上或用其它理论方法来加以证明,但它的正确性已由无数次的实验事实所证实.
热力学基本原理在化学过程及与化学有关的物理过程中的应用构成“化学热力学”(ChemistryThermodynamics)这一门学科。
二、热力学的方法和局限性
,热力学只研究物质的宏观性质,对于物质的微观性质即个别或少数分子、原子的行为,无从作出解答。
,就可进行相应的计算,它不依赖于结构的知识,亦无需知道过程进行的机理,这是热力学所以能简易而方便地得到广泛应用的重要原因。
但亦正是由于这个原因,热力学对过程之能否自发进行的判断,就只是知其然而不知其所以然,只能停留在对客观事物的表面了解而不知其内在原因。
第三,在热力学所研究的变量中,没有时间的概念,所以它不涉及过程进行的速率问题。它只能说明过程能不能自发进行,以及进行到什么程度为止,至于过程在什么时候发生,以怎样的速率进行,热力学无法预测。这些特点既是热力学方法的优点,也是它的局限性。
第二节热力学基本概念
(1)体系和环境
体系(System)—将一部分物体从其它部分中划分出来,作为研究的对象,这一部分物体,称为“体系”。
环境(Surroundings)—体系以外并与体系有相互作用的部分。
一、体系和环境
(OpenSystem)。
这种体系与环境之间既可以有物质的交换,亦可以有能量的交换。
(ClosedSystem)。
这种体系与环境之间不可能有物质的交换,只可以有能量的交换。
,或孤立体系(IsolatedSystem)。
这种体系与环境之间既不可能有物质的交换,亦不可能有能量的交换。
体系的性质是描述体系状态的物理量称为状态性质,又称为状态函数(StateFunction)或热力学变量。这些性质都是宏观物理量,如质量(m)、温度(T)、压力(p)、体积(V)、浓度(c)、密度()、粘度()、折光率(n)等等。
状态性质可以分为两类
二、体系的性质