【正文】 3,12VVn R T I ndVPWVVie==? ??上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 從以上的膨脹與壓縮過程看出，功與變化的途徑有關(guān)。V整個過程所作的功為三步加和。p V 第三步：用 的壓力將體系從 壓縮到 。 = Σ (PidP)dV ?= 21VV dVVn R T 12VVn R T I n=?= 21VV idVP?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 在外壓為 下，一次從 壓縮到 ，環(huán)境對體系所作的功（即體系得到的功）為： 1p 2V1V壓縮過程 將體積從 壓縮到 ，有如下三種途徑： 1V2V)( 2111, VVPW e ?=??上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 第一步：用 的壓力將體系從 壓縮到 ； 2Vp V 第二步：用 的壓力將體系從 壓縮到 ； 39。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）功與過程 We,4=ΣPedV 這相當(dāng)于活塞筒外有一堆細(xì)沙，每次拿掉一粒，該膨脹過程是 無限緩慢的 ， 每一步都接近于平衡態(tài) 。 +p(VV39。V Vp(3)克服外壓為 ，體積從 膨脹到 。V39。(V39。 ep （ free expansion）（ 向真空膨脹） δWe,1=PedV=0 （ pe保持不變） We,2=Pe(V2V1) 0e =p因為 體系所作的功如陰影面積所示。 所以只有 P外 ΔV 才叫體積功 。除體積功外的其它所有功都包含在此項內(nèi)。 W=P外 ΔV+W′ 或 δW=P 外 dV+δW′, 其中 P外 ΔV 或 P外 dV就叫 體積功 ，顯然 體積功 就是 體系反抗外壓所作的功 。 因為內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，數(shù)學(xué)上具有全微分性質(zhì)，微小變化可用 dU表示； Q和 W不是狀態(tài)函數(shù)，微小變化用 ?表示，以示區(qū)別。 如果體系所吸的熱大于體系所作的功，多余的能量將轉(zhuǎn)為內(nèi)能儲存在體系中。即循環(huán)過程內(nèi)能不變。 (c)內(nèi)能 的 改變量是全微分 。 內(nèi)能的幾點特性 ： (a)內(nèi)能 是體系狀態(tài)的 單值函數(shù) ，即狀態(tài)一定內(nèi)能就有一 個確定的值。下面加以證明。 內(nèi)能 用符號 U表示。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 3）內(nèi)能 內(nèi)能 （ internal energy） 又稱為 熱力學(xué)能，它是指 體系內(nèi)部能量的總和 ，包括分子運動的平動能、分子內(nèi)的轉(zhuǎn)動能、振動能、電子能、核能以及各種粒子之間的相互作用位能等。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 2）熱力學(xué)第一定律的文字表述 第一類永動機（ first kind of perpetual motion mechine) 一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量，卻可以 不斷對外作功 的機器稱為第一類永動機，它顯然與能量守恒定律矛盾。 熱力學(xué)第一定律可以表述為： 第一類永動機是不可能制成的 。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律可表述為： 自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總值不變。 即： 1 cal = J 這就是著名的 熱功當(dāng)量 ，為能量守恒原理提供了科學(xué)的實驗證明。 W的取號： 環(huán)境對體系作功 ， W 0； 體系對環(huán)境作功 ， W0。 熱（ heat） 體系與環(huán)境之間 因溫差而傳遞的能量 稱為 熱，用符號 Q 表示。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 熱和功 功 （ work） Q和 W都不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與變化過程有關(guān)。它們的函數(shù)關(guān)系可表示為： T=f（ p,V） p=f（ T,V） V=f（ p,T） 例如，理想氣體的狀態(tài)方程可表示為： pV=nRT ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 過程和途徑 體系 由一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài) 叫 過程 ，或者說 體系狀態(tài)發(fā)生的一切變化 都叫過程，變化前的狀態(tài)叫始態(tài)變化后的狀態(tài)叫終態(tài)。 對于 一定量的單組分均勻體系 ，狀態(tài)函數(shù)T,p,V 之間有定量的聯(lián)系。 化學(xué)平衡 （ chemical equilibrium ） 反應(yīng)體系中各物質(zhì)的數(shù)量不隨時間而改變 。 力學(xué)平衡 （ mechanical equilibrium） 體系各部分的壓力都相等 ， 無不平衡的力存在 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 狀態(tài)函數(shù)的特點 狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就有一個定值； 狀態(tài)改變了，狀態(tài)函數(shù)也改變，其改變量與過程無關(guān)，只與始，終態(tài)有關(guān) ； 體系若恢復(fù)原狀，則狀態(tài)函數(shù)也恢復(fù)原狀 ； 當(dāng)體系的各狀態(tài)函數(shù)（諸性質(zhì)）不隨時間而改變，則體系就處于熱力學(xué)平衡態(tài) 。 狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為： 異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，數(shù)值還原 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 狀態(tài)函數(shù)的特點 體系的一些性質(zhì)， 其數(shù)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，而與體系的歷史無關(guān)；它的變化值僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān) 。 它在數(shù)學(xué)上是 零次齊函數(shù) 。這種性質(zhì)有加和性，在數(shù)學(xué)上是 一次齊函數(shù) 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 狀態(tài)函數(shù)的分類 用宏觀可測性質(zhì)來描述體系的熱力學(xué)狀態(tài)，故這些性質(zhì)又稱為 熱力學(xué)變量 。 狀態(tài)函數(shù) ：描述體系狀態(tài)的宏觀物理量都叫狀態(tài)函數(shù)或叫狀態(tài)性質(zhì)，例如溫度，壓力，體積，質(zhì)量，密度，濃度等等都是體系的狀態(tài)函數(shù)。有時把封閉體系和體系影響所及的環(huán)境一起作為孤立體系來考慮。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 體系分類 根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，把體系分為三類： （ 2） 封閉體系 （ closed system） 體系與環(huán)境之間 無物質(zhì)交換 ， 但 有能量交換 。 環(huán)境（ surroundings） 與體系密切相關(guān) 、 有相互作用或影響所能及的部分稱為環(huán)境 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 (2)熱力學(xué)方法的特點和局限性 熱力學(xué)方法的三大特點： 不管物質(zhì)結(jié)構(gòu) 不管過程的細(xì)節(jié) 沒有時間概念 局限性 只知其然而不知其所以然 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 3）幾個基本概念 體系與環(huán)境 體系（ System） 在科學(xué)研究時必須先確定研究對象 ， 把一部分物質(zhì)與其余分開 ， 這種分離可以是實際的 ， 也可以是想象的 。?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 物理化學(xué)電子教案 —第一章 DU = Q+W ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 第一章 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 熱力學(xué)概論 熱力學(xué)第一定律 熱化學(xué) 準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程 焓 熱容 熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用 實際氣體 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 第一章 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用 赫斯定律 幾種熱效應(yīng) 反應(yīng)熱與溫度的關(guān)系 ——基爾霍夫定律 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 熱力學(xué)概論 (1)熱力學(xué)的研究對象 (2)熱力學(xué)方法的特點和局限性 體系與環(huán)境 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 熱力學(xué)平衡態(tài) 狀態(tài)方程 熱和功 (3)幾個基本概念： ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 (1)熱力學(xué)的研究對象 ?研究熱、功和其他形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換及 其轉(zhuǎn)換過程中所遵循的規(guī)律； ?研究各種物理變化和化學(xué)變化過程中所發(fā)生的能量效應(yīng)（利用熱力學(xué)第一定律）； ?研究化學(xué)變化的方向和限度（利用熱力學(xué)第二定律），以及相平衡和化學(xué)平衡中的有關(guān)問題 。熱力學(xué)第三定律是一個關(guān)于低溫現(xiàn)象的定律。 這種 被劃定的研究對象稱為體系 ， 亦稱為 物系或系統(tǒng) 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 體系分類 根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，把體系分為三類： （ 1） 敞開體系 （ open system） 體系與環(huán)境之間 既有物質(zhì)交換 ， 又有能量交換 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 體系分類 根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，把體系分為三類： （ 3）孤立體系（ isolated system） 體系與環(huán)境之間 既無物質(zhì)交換 ， 又無能量交換 ，故又稱為 隔離體系 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 體系分類 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài) ： 如體系中物質(zhì)的數(shù)量，化學(xué)成分，溫度，壓力，物態(tài)都確定就稱該體系處在一定的狀態(tài)，也可以說狀態(tài)是體系的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。宏觀可測性質(zhì) 用 來描述體系的熱力學(xué)狀態(tài)，故這些性質(zhì)又稱為熱力學(xué)變量?？煞譃閮深悾? 廣度性質(zhì)（ extensive properties） 又稱為 容量性質(zhì) ，它的數(shù)值與體系的物質(zhì)的量成正比，如體積、質(zhì)量等。 強度性質(zhì) （ intensive properties） 它的數(shù)值取決于體系自身的特點 ， 與 體系的數(shù)量無關(guān) ， 不具有加和性 ， 如溫度 、 壓力等 。 指定了物質(zhì)的量的容量性質(zhì)即成為強度性質(zhì) ， 如摩爾熱容 。具有這種特性的物理量稱為 狀態(tài)函數(shù) （ state function）。 狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有 全微分 的性質(zhì)。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 熱力學(xué)平衡態(tài) 當(dāng)體系的諸性質(zhì)不隨時間而改變，則體系就處于熱力學(xué)平衡態(tài)，它包括下列幾個平衡： 熱平衡（ thermal equilibrium） 體系中各部分的溫度都相等，無溫度差。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 熱力學(xué)平衡態(tài) 相平衡（ phase equilibrium） 多相共存時，各相的組成和數(shù)量不隨時間而改變。 當(dāng)體系的諸性質(zhì)不隨時間而改變，則體系就處于熱力學(xué)平衡態(tài)，它包括下列幾個平衡： ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 狀態(tài)方程 體系 狀態(tài)函數(shù)之間的定量關(guān)系式 稱為狀態(tài)方程（ state equation ）。經(jīng)驗證明， 三個狀態(tài)函數(shù) 中只有兩個是獨立的 ，另一個隨之而定。 體系 由同一始態(tài)到同一終態(tài)的不同方式 叫 途徑 。 體系吸熱， Q0； 體系放熱， Q0 。 Q的取號： 體系與環(huán)境之間傳遞的除熱以外的其它能量都稱為功 ， 用符號 W表示 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 1． 2 熱力學(xué)第一定律 （ 1）熱功當(dāng)量與能量守恒定律 （ 2）熱力學(xué)第一定律的文字表述 （ 3） 內(nèi)能 （ 4）熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/8/21 （ 1）熱功當(dāng)量與能量守恒定律 焦耳（ Joule） 和邁耶 (Mayer)自 1840年起，歷經(jīng)20多年，用各種實驗求證熱和功的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到的結(jié)果是一致的。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄