新版热力与学第一定律2 .ppt

物理化学BI—第一章 第一章 热力学第一定律 热力学能、热和功 热力学能 体系总体能量状况： 整体动能、整体势能、热力学能 关于热力学能（U）的定义 热力学能 热力学能 热力学能的绝对值无法确定，但一个体系在某一状态下它的热力学能是多少没有意义，这并不影响我们讨论问题，我们关心的焦点是体系由始态变到终态后热力学能的改变量是多少。 热和功 热和功 对热和功的几点交待 对热和功的几点交待 对热和功的几点交待 对热和功的几点交待 对热和功的几点交待 关于体积功（教材32页） 关于体积功 关于体积功 1.2 可逆过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 准静态过程（guasistatic process） 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 实例讨论---功与过程 功与过程---小结 功与过程---小结 可逆过程定义（reversible process） 可逆过程特点（reversible process） 可逆过程的重要性 可以设想一些过程无限趋近于可逆过程 1.3 热力学第一定律 1.3.1 热功当量与能量守恒定律 1.3.1 热功当量与能量守恒定律 1.3.1 热功当量与能量守恒定律 1.3.2 热力学第一定律的数学表达式 dU = ?Q + ?W 1.3.3 热力学第一定律的文字表述 【例题】 【解】 3.可逆压缩 如果将拿掉的沙子一粒一粒放回，慢慢压缩，直到恢复原状，所作的功为： 则体系和环境都能恢复到原状。 图1.2.6 可逆压缩 图1.2.6 可逆压缩 从以上的膨胀与压缩过程看出，功与变化的途径有关。虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。显然，可逆膨胀，体系对环境作最大功；可逆压缩，环境对体系作最小功。 （1）有限步变化，正逆过程功值不等，经过一个循环过程，体系恢复原态而环境发生了变化； （2）无限步变化，正逆过程功值相等，经过一个循环过程，体系恢复原态而环境也恢复原态。 体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能通过原过程的反向变化，使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。否则为不可逆过程。 热力学中涉及的可逆过程都是无摩擦力(以及无粘滞性、电阻、磁滞性等广义摩擦力)的准静态过程。 （1） （2） （b）在整个过程中体系内部无限接近于平衡；亦可说：可逆过程是由一连串无限接近于平衡的状态所构成； （a）体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原，而且不留痕迹，变化过程中无任何耗散效应； （d）等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。 （c）可逆过程是速度无限慢，时间无限长的抽象过程； 1. 可逆过程是科学的抽象； 2. 可逆过程是体系做功能力的标志； 3. 在热力学中，绝大多数状态函数变的计算，是靠可逆过程完成的。 （1）在无限接近相平衡条件下发生的相变化(例如液体在其饱和蒸气中蒸发；溶质在其饱和溶液中溶解)； （2）在无限接近于化学平衡的情况下发生的化学反应； （3）原电池电动势与外加电压相差很小的情况下，电池充放电。 1.3.1 热功当量与能量守恒定律 1.3.2 热力学第一定律的数学表达式 1.3.3 热力学第一定律的文字表述 焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。 即： 1 cal = 4.1840 J 这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为： 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。 a) 普朗克的能量子的发现； b) 爱因斯坦的充电效应公式； d) 相对论中的质能公式 C) 玻尔原子结构中的频率公式； 现代科学的发展，也充实了能量守恒与转化原理： 能量守恒与转化原理 把能量守恒与转化定律应用在热力学体系中就得到了热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics），它是能量守恒定律在热现象领域内所具有的特殊形式。 热力学第一定律是人类经验的总结。 ?U = Q + W 适用条件：封闭体系、孤立体系 封闭系统发生状态变化时其热力学能的改变量等于变化过程中环境传递给系统的热及功的