第1章 热力学第一定律 物理化学

大学 物理化学 杨亚提 课件

第一章 热力学(thermodynamics)第一定律热力学基本概念 热力学第一定律

热与过程功与过程1

大学 物理化学 杨亚提 课件

热力学定义：

研究热功及其转换规律的科学即为热力学。把热 力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学有 关的物理现象，就形成了化学热力学。

大学 物理化学 杨亚提 课件

基础：热力学三大定律热力学第一定律：化学现象中的能量守衡定律。 主要解决化学变化中的热效 应问题。确定了内能(U)函 数，导出了焓(H)函数。 热力学第二定律：指定了化学及物理变化的可 能性、方向性及进行的限度

问题。确定了熵(S) 函数，提出了熵判据。3

大学 物理化学 杨亚提 课件

热力学第三定律：提出了熵(S)的求算原则。两定律的结合：定义了

Helmholze free energy (F)Gibbs free energy(G)

大学 物理化学 杨亚提 课件

研究方法：考察体系变化前后——起始状态 与终了状态之间函数的改变量来 做出方向和限度上的判断。 U H S G

T 1 , P 1 , V1 , U 1 , H1 , S 1 , G 1

?

T 2 , P 2 , V2 , U 2 , H2 , S 2 , G 2

始态

< 0 = O > 0

终态

大学 物理化学 杨亚提 课件

第一节 热力学基本概念 一、系统与环境(System and surrounding)系统(System)(物系或体系)被划定的研究对象。 环境(surroundings)

与系统密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分。6

大学 物理化学 杨亚提 课件

根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： (1)敞开系统(open system)

大学 物理化学 杨亚提 课件

(2)封闭系统(closed system)

大学 物理化学 杨亚提 课件

(3)孤立系统(isolated system)

大学 物理化学 杨亚提 课件

二、系统的性质广度性质(extensive properties) 又称为容量性质，它的数值与系统的物质的 量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性。

强度性质(intensive properties) 与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、 压力等。10

大学 物理化学 杨亚提 课件

三、状态函数(state function)状态：系统里一切性质(包括物理、化学性质) 的综合表现。 状态函数：系统里的宏观性质----热力学函数、状

态性质或热力学性质。例 理想气体的p、V、T、n都可称为状态函数。

大学 物理化学 杨亚提 课件

特性： 状态函数在数学上具有全微分的性质。

状态函数有特征 状态一定值一定 殊途同归变化等 周而复始变化零

大学 物理化学 杨亚提 课件

问题：

体系的同一状态能否具有不同的体积？体系的不同状态能否具有相同的体积？

体系的状态改变了，是否其所有的状态性质都要发生变 化？体系的某一个状态函数改变了，是否其状态必定发生变 化？

大学 物理化学 杨亚提 课件

四、热力学平衡态(thermodynamic equilibrium state)

热平衡(thermal equilibrium)力学平衡(mechanical equilibrium)

物质平衡(material equilibrium)-----------化学平衡和相平衡

大学 物理化学 杨亚提 课件

五、过程与途径(process and path)

process:状态随时间变化的经过(系统状态所发生的一切变化)。

path

: 完成某一过程的具体步骤或具体路线。

大学 物理化学 杨亚提 课件

常见的变化过程

(1)等温过程(isothermal process) T系= T环 (2)等压过程(isobaric process) p系 = p 环 (3)等容过程(isochoric process) V不变

(4)绝热过程(adiabatic process) 在变化过程中，体系与环境不发生热的传递。 (5)循环过程(cyclic process)16