1熱力學(xué)第一定律(已修改)
2025-08-16 07:19 本頁面
【正文】 第一章 熱力學(xué)第一定律 ? 熱力學(xué)：以大量分子的集合體為 研究對象 ，以實驗歸納出的熱力學(xué)基本定律為基礎(chǔ)，從能量轉(zhuǎn)換的角度，討論平衡體系物質(zhì)變化的方向和限度等宏觀性質(zhì)，從而深化對物質(zhì)的認(rèn)識。 ? 一、體系與環(huán)境 ? 體系：研究對象（大量微粒的集合體） ? 環(huán)境：體系以外并與體系有相互作用的物質(zhì)或空間 ? 體系分類： ：有物質(zhì)交換與能量交換 ：僅有能量交換，無物質(zhì)交換 ：既無能量交換，也無物質(zhì)交換 ? 體系的性質(zhì) ：描述體系的物理量，如溫度（ T）、壓力（ P）、體積（ V）、質(zhì)量（ m）、濃度（ C）等統(tǒng)稱為體系的熱力學(xué)性質(zhì)，簡稱體系的性質(zhì)，又稱狀態(tài)性質(zhì)。 強度性質(zhì) ：其數(shù)值與體系中物質(zhì)的量無關(guān)，不具有加合性，整體的強度性質(zhì)的數(shù)值與體系中各部分的強度性質(zhì)的數(shù)值相同。如溫度、壓力、濃度、密度等。 容量性質(zhì) ：其數(shù)值與體系中物質(zhì)的量成正比，具有加合性，整體容量性質(zhì)的數(shù)值等于體系中各部分該性質(zhì)數(shù)值的總和。如體積、質(zhì)量、能量等。 二、狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù) ? ：體系一系列宏觀性質(zhì)的綜合（質(zhì)量、溫度、壓力、體積和組成等） ? 2. 狀態(tài)變量：描述狀態(tài)所需最少獨立狀態(tài)性質(zhì) ? 狀態(tài)函數(shù)：依賴其它狀態(tài)變量的狀態(tài)性質(zhì) ? 狀態(tài)方程：狀態(tài)函數(shù)變量和獨立變量之間存在的函數(shù)關(guān)系式 ? ? （ 1）體系有確定的狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)有確定值 ? （ 2）狀態(tài)函數(shù)的改變值決定于始、終態(tài) ? （ 3）體系恢復(fù)到原狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)恢復(fù)到原來的數(shù)值 ? （ 4）狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有全微分性質(zhì) 三、平衡狀態(tài) ? ：體系內(nèi)各部分之間、體系與環(huán)境之間的溫度相等 ? ：體系內(nèi)各部分之間、體系與環(huán)境之間沒有不平衡的力存在 ? ：包括相平衡和化學(xué)平衡。體系內(nèi)無物質(zhì)在相間凈轉(zhuǎn)移，各相的數(shù)量和組成不隨時間而變化。 四、過程與途徑 ? ：體系由一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的方式，包括簡單變化、相變化和化學(xué)變化，常見過程有： ? 恒壓過程：體系壓力保持不變。 P1=p2=p環(huán) ＝常數(shù) ? 恒溫過程：體系溫度保持不變。 T1=T2=T環(huán) ＝常數(shù) ? 恒容過程：體系體積保持不變。 ? 絕熱過程：體系與環(huán)境之間沒有熱交換。 ? 循環(huán)過程：體系由某一狀態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列變化又回到原狀態(tài)的過程。 ? ：實施某一過程的具體步驟 五、熱與功 ? ：體系與環(huán)境之間因熱平衡條件不滿足而進行交換或傳遞的能量，其方向為由高溫到低溫。 ? 規(guī)定：體系吸熱， Q為＋；體系放熱， Q為－。 ? ：除熱量之外，體系與環(huán)境之間的能量傳遞形式，其方向為分子有規(guī)則運動轉(zhuǎn)化為分子無規(guī)則運動。如體積功、機械功、電功和表面功等。 ? 規(guī)定：體系對環(huán)境作功， W為 ；環(huán)境對體系作功， W為＋ 。 六、熱力學(xué)能 ? ：體系內(nèi)所有能量的總和，包括分子運動的平動能、轉(zhuǎn)動能、振動能和電子、核的能量及分子間相互作用的勢能等能量。 ? ? （ 1）熱力學(xué)能是體系的狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值取決于體系的狀態(tài)。 ? （ 2）體系的熱力學(xué)能的絕對值無法確定，但能確定兩個狀態(tài)之間的變化值。 ? （ 3）熱力學(xué)能是容量性質(zhì)，與體系所含物質(zhì)的量呈正比。 ? 知識補充 （ 1）理想氣體狀態(tài)方程 R＝ ，摩爾氣體常數(shù) （源于三個實驗定律：波義爾定律、蓋－呂薩克定律和阿伏加德羅定律） （ 2）理想氣體模型 分子之間無相互作用力；分子本身不占體積。 （ 3）道爾頓定律 理想混合氣體的總壓等于各組分單獨存在于混合氣體的溫度、體積條件下產(chǎn)生壓力的總和。 n R TPV ?（ 4）物理量的表示及運算 物理量是由其單位 〔 A〕 和以單位 〔 A〕 表示的量 A的數(shù)值｛ A｝來表示的： A={A}.[A] P＝ 例：計算 1mol理想氣體在 25℃ ， 100kPa下的體積 1132311.10100..????????????m ollm olmPaKKm olJPnR TV ? 一、熱力學(xué)第一定律的表述 蒸汽機的廣泛使用 如何少消耗燃料而獲得更多能量？ 第一類永動機提出 熱與機械功的關(guān)系 焦耳定律： 1cal=（熱功當(dāng)量） 第一類永動機不可能制造 ? 熱力學(xué)第一定律：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，它可以有多種不同的形式，但通過適當(dāng)?shù)难b置，能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在相互轉(zhuǎn)化中，能量的總數(shù)量不變。 ΔE=Q ＋ W E：體系的總能量，包括體系整體運動的宏觀動能；體系在外場（重力場、電場、磁場等）作用下的勢能；體系的熱力學(xué)能。 熱力學(xué)體系：無宏觀動能（體系靜止），宏觀勢能對體系影響小，可不予考慮。 ΔU= Q ＋ W ? Q=? W=? 僅作體積功恒壓： ΔU=QPp ΔV 僅作體積功恒容： 積分表達式 ΔU=QV 僅作體積功絕熱： ΔU=p ΔV 微分表達式： dU=δQ ＋ δW 二、體積功、最大功與可逆過程 物理化學(xué)中，常見的功有 體積功
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