热力学方法在药学中应用
热力学方法在药学中的应用
李倩化学工程学院化工0303班200311081
摘要本文通过对热力学在药物研究中的应用，叙述了物理化学在药学领域内的应用前景，并提示了新的边缘学科的广阔空间。论述了热力学在药物制剂研究中的方法和思路。热力学与药理学中受体研究相结合的思维方法。介绍了热力学在药物相互作用研究中的应用和对细菌的热力学研究。并介绍了物理化学在骨组织愈合及肌肉组织中的应用。
关键词热力学应用物理化学
自然科学有若干分支，其中以大量基本粒子构成宏观体系为研究对象的科学之一就有物理化学。热力学第二定律指出，大量粒子构成的孤立体系中，自发变化朝着消除差别、均匀，混乱度增加，作功能力减小的方向进行。本文试图通过热力学在药物研究中的应用，以说明物理化学中的热力学在药学领域内的应用前景。
1. 药物制剂热力学研究
１.１药物晶型热力学特性与疗效自19世纪20年代发现磷酸钠有两种晶型以来，药物多晶型现象引起了人们极大的兴趣。尤其是本世纪60年代以后，由于人们对晶型进行了结晶化学和热力学方面的研究，加之生物药剂学的发展，从而对于药物的晶型变化以及晶型对药品质量与临床药效影响的认识逐渐深入，其重要意义日益受到人们的重视。
１.2药物晶型热力学研究的实用价值
1.2.1晶型不同的药物其理化性质可能有所不同。且生物利用度也可能有一定差别。药物的各种晶型之间可发生相互的变型，可分为两种变型：一种为单变过程(不可逆变型)；另一种为双变过程(可边变型)。对于单变型的两种晶型，在常温下必有一种较为稳定。药物品型的转变过程是相变及相平衡的物理过程，这一过程与其热力学特性密切相关。因此，在药物多晶型的研究中，不仅要检测出其不
同的晶型，而且还要搞洁多晶型在转型中的热力学关系。
1.2.2有关晶型热力学参数如溶解热、熔化热、嫡及自由能等的测定，往往有助于选择适当的药物品型，并且对晶型稳定性的判别、晶型转型条件的控制以及生物利用度的提高等方面都有实际的价值。(1)用于药物晶型的研究。药物晶型不同会引起热输．自由能、熔点等热力学参数的不同。Abutar等人对甲灭酸与无味氯霉素的热力学数据进行比较时发现。在甲灭酸两种晶型中H比I具有稍高的溶解热，两者之间仪差4.18干焦/摩尔，自由能也仅比I型的大1.05干焦/摩尔；而无味氯霉素B型的镕解热比A型的高26.75干焦/摩尔，B型的自由能比A型的大3.24千焦/摩尔。所以，他们认为，甲灭酸z与H型之间的生物活镀没有什么差别，而无味霉8素A与B型之间却有显著的差异。据报道，溶解量热法现已用于研究At内酰胺抗生素、千氟唾嗓、消炎请和磺胺堕吐等药品的晶型差别。此外．熔点分析也是研究药品晶型转变的有力工具，因为不同晶型的药品往往只表现在熔点的不同上，用一船化学分桥方法是无法区分的。应用Dsc或DTA(差热分析法)不仅可区分不同的晶型，还可以观察药物晶型转变和熔化过程的变化。例如，无味氯8素晶型A与B的混合物Dsc曲线如图所示，可以看到在368K处有一个熔化吸热峰为B型，363K处有第二个熔化吸热峰为人型，若特镕化物冷却再测所得的结晶时，别仅显示358K的一个熔化吸热峰。
(2)用于药物多晶型相对稳定性的研究。，在药构研究、模型设计到生产制备时，应该考虑药物晶型与稳定性、溶解度、生物利用度等方面的关系。由于亚稳定型易于转变为稳定型而影响疗效，故要采取有效措施来仿制转型，以保证药物的生物有效性。
(3)用于控制药物品型措施的研究。在药品生产、使用及贮存过程中，注意按制药物晶型转型条件，可避免有效晶型转变为无效晶型或促使无效晶型转变为
有效晶型。综上所述，可以认为将药物晶型的热力学特性与人体内生物利用度的大小联系起来进行研究是一个很有意义的课题，这为探讨药物活性与药效的关系提供了三个很好的启示。
1.3β一环糊精与阿斯匹林包合反应的热力学研究[1]
由于阿斯匹林分子是部分地嵌入β-CD的空穴中，故使得β-CD的热运动受到限制，因而获得较大的烙变Av，同时由于β-CD包台物的形成使Ag被限制在β-凹空穴周围，因而亦产生较大的不利嫡变?S。有利的烙变补偿了不利的嫡变，
结果在所有温度下都可得到负的自由能变化(?G
o ＝?H
o
—T?S
o
)，因而包合作用为
一自发过程，包合作用是烙效应起支配作用。而AH。值又小于一般化学反应的数值，故可知包合作用无任何共价键形成，包合物分子间是通过氢镍、范得华力等作用而结合的。综上所述，阿斯匹林与p一环糊精形成包合物后能增加阿斯匹林的溶解度，其溶解度相图为水溶性丸型。包合作用的原动力是分子间氢键和范得华力等作用的结果，包合为阿斯匹林的应用提供一定参考价值．
2. 热力学在药理中的应用
2.1 药物—受体相互作用的热力学分析[1]药理学资料的热力学分析为了解其它技术得不到的药物—受体相互作用的分子过程提供了一个有力的方法。本其适用于分析—6物作用初始阶段信息从配体传导到生物系统。这种分析的内涵是对本局药物—受体相互作用的推动力的定量测定。另外，热力学分析的详细解释可为了解药物—受体相互作用的潘在机制(超出其它参数分辨能力)提供线索。
2.2 药理学资料的热力学分析是研究发生在药物—受体相互作用中的物理化学变化的一个革新方法。由于它早在70年代已用于放射标记配体结合资料中，所以热力学分析已为探明其它技术所不能得到的药物—受体相互作用的分子过程提供了一个大有潜力的方法，使人们能够精确测定药物—受体相互作用中比解离常数更重要的参数，可帮助澄清伴随药物—受体作用的分子过程，有助于阐明配体对受体“吸引”的力以及激动剂的效率。
2.3 钙阻抗剂的离子交换反应动力学和热力学研究[1]离子交换材脂是一种功能高分子材料，为研究某些药物离子的交换反应特性用以指导新型离子交换树脂控释给药系统的设计，选择钙通道阻滞剂盐酸维拉帕米和盐酸地尔硫卓作为模
型药物，以00l*7树脂作为药物载体，研究了该材脂与上述药物的交换反应动力学和热力学。结果表明，盐酸维拉帕米、盐酸地尔硫卓与001*7树脂的交换率随温度的升高而增加，温度升高可显著提高材脂的载药量。25℃交换反应达平衡时，两药物的平衡常数Kl分别为0.0527和0.5635，说明盐酸地尔硫卓易与树脂发生交换反应，即此树脂对药物的亲和力大；两药物与树脂交换反应的自由能变化?G·(kJ/mol)分别为7.291和1.421，说明交换反应不能自发进行，交换反应热?Hm。(kJ/mol)分别为85.36和58.28，说明交换反应为吸热反应，温度升高有利于向交换反应方向进行：交换反应嫡变?S。＞0说明交换反应是熵变增加的反应。通过上述研究，可为新型离子交换树脂释药系统的设计提供坚实的理论基础。
3.典型药物的热力学研究
3.1聚乙二醇6000与青蒿素分散作用的热力学研究[1]青篙素(QHs)为新型抗疟疾药物．其水溶性、油溶性均较差。有文献报道QH5经与聚乙二醉6000(PEG—6D00)形成共沉淀物后，溶出速率有所增加,但热力学性质的研究末见报道。本实验通过对QH5表现溶解度的研究，进而计算其热力学参数．由热力学参数可控知分子分散作用的原动力，为QHS剂型研究等提供参考。由于QHS分子分散于PEG —6000中，分子之间的作用力披破坏，又有可能QHS与PEG—600D分子间形成氢镶作用的缘故．使得共沉淀物中的分子的热运动受到限制，因而获得较大的焓变△H。；同时由于QHS分子被限制在P2G—6000分子的中间，因而亦产生较大的负熵变△S。有利的焓变补偿了不利的熵变，结果在所试验的温度下都可得到负的自由能变化(△G＝△H一T△S)，因而共沉淀形成是一自发过程。分散作用是烙效应起支配作用，而且△H。值又较一般的化学反应为小，所以认为载体与药物分子之间具有氢镶、范德华力等综合作用，而无共价镶形成。综上所述QHS与PEG—6000形成共沉淀物后能够增加QHS的溶解度，其溶解度为水溶性AL型。分散作用的原动力是分子之间的氢镶和范德华力等作用的结果，制成的共沉淀物对QHS的制剂研究具有一定的参考价值。
3.2 普自卡因青蒿素的结晶热力学[1]晶溶液体系的超溶解特性的研究大致可分为间接法、直接法和诱导期法等三类?56，。随着测量技术的发展，各种更为精密的测量仪器以及更为先进的研究方法的应用，超溶解度的测定方法也有了崭新
的发展。激光法作为间接测定法之一，就是近年来出现的一种新方法，它具有灵敏度和准确度高、简便易行、适用范围广、动态响应快等优点。
3.3 水溶液中萘普生和阿斯匹林分子复合物的热力学研究水溶液中萘普生和阿斯匹林分子复合物的热力学研究内蒙古医学院学报1999年6月第21卷第2期陈理李峰确证萘普生随教阿斯匹林配体浓度增大，而溶解性呈线性增大的规律。通过紫外光谱法，用Job连续递变法，确定了它们之间分子复合物的形成比为1：1，测定了形成常数，推算了有关热力学常数，证实了阿斯匹林对落普生的增溶是彼此形成了分子复合物。
4.细菌及其与药物的作用的热力学研究
4.1Schiff碱药物与细菌作用的热力学研究[1]在不同温度条件下利用微量热法测定了大肠扦菌以及大肠杆菌在6种SchiH眩药制下的生长热谱，找出了该细菌生长的最佳生长温度，获得了该细菌在不同温度条件及抑制情况下生长代谢的速率常数．并借助化学反应中分子碰迪理论计算了该细菌生长的生长活化能．在此基础上借用化学反应速率的活化络合物理论模型对大肠杆菌生长代谢的生化反应进行了热力学分析．
4.2布鲁氏茵脂多糖的热力学测定[1]应用几种热分析技术对布鲁氏茵的脂多糖进行了测定。发现布鲁氏茵的脂多糖具有一定的热谱特征，并据此获得了参试样品的热力学参数。它对于研究布氏茵的物理化学性质、结构特征以及布氏茵的分类鉴定都具重要意义。
5.生物工程学中的热力学研究
5.1骨愈合的生物热力学[1]
细胞必须服从物理学和化学定律。力学法则及能量转化法则既适用于蒸汽机，也适用于细胞。有关骨的机械力学定律-Wlff定律己经建立一个世纪，该定律使得对骨组织结构、功能及其愈合、重建的方式得到了较为深入的了解，而使骨生物力学成为现代骨科学的基础学科之一。但关于骨能量代谢的学科尚未建立.成绩骨是高度有序的组织。其大体结构、显微、亚显微直至基质分子排列均严格遵棱特定的序列，这是以高度分化的细胞功能为前提的。根据热力学第二定律，
任何孤立的系统内无序的程度只能增加骨组织是身体的支架，不同部位的骨其承受的外力冲击量是惊人的。无论骨的结构多么完美，这些冲击量的累积将很快导致骨貉内在组成的完全破坏。但显然这一事实并未发生。当破坏性应力加于督路造成其序列完全中断对，骨组织能以内在的能力将其修复到损伤前的状态，这在死亡的骨路是不可思议的。从能力学上看这似乎违背了热力学定律。问题的答案是：骨是有生命的器官，细胞不是孤立系统。细胞与环境之间存在物质与能量交换。生物从摄台中获得负熵以维持内在的有序，通过生物能转化而使骨的愈合成为可能。此为骨愈合的热力学基础，也是有生命与无生命的根本差别。
最有应用前景的为热成像技术用于骨愈合成骨代谢研究。人为恒温动物，但人体备部分温度不完全相同．由于生理或病理原因，局部组织的产热和放热条件不同，人体上有一定的温度分布图像，叫温度图。得到温度图的方法为热成像技术，所用的工具为热成像仪。使用热成像仪可在无任何损伤的前提下反映局部能量代谢及温度变化，从而获得骨愈合程度及代谢水平的参数，可望在不久的将来广泛应用于临床。
5.2 肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度的热力学分析[1]用热力学分析方法对肌红蛋白和血红蛋白免饱和度进行分析。方法从热力学角度，利用Gibbs自由能、熵、内能等概念进行分析。结果得出了与试验结果及前人分析相符合的结果。结论利用热力学方法对肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度进行分析是可行的。Lukn StryerL 从化学平衡的角度对肌红蛋白氧饱和度进行了分析，Hill引入了协作性的概念，也是从化学平衡的角度对血红蛋白氧饱和度进行了分析．都得出了基本上与试验结果相符合的结果。由于血液和组织液中的变化过程是等温等压过程，本文将从热力学角度建立热力学分析模型，利用Gibbs自由能、熵、内能等概念对肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度进行分析，以助于研究肌体的生理状态。利用热力学方法对肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度进行分析简单、实用、机理表达清楚，得出的结果与试验结果及前人分析结果相符合。因此，利用热力学方法对肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度进行分析是切实可行的。
6.讨论
结合物理化学的方法分析药学领域的问题，为解决药物作用的实质研究提供
了一条新途径。通过应用热力学原理，可以找到药物合成及制剂的新途径，药理学研究的新方法。为药代和药动学的研究提供了理论支持。同时热力学为生物工程的发展提供了理论依据。
参考文献：
1.β一环糊精与阿斯匹林包合反应的热力学研究吴文娟庄礼天广州药学院学报(ACAD JMP)1995，11(1)：1—3
2. 药物—受体相互作用的热力学分析 Robert BR L1feSccience l989，44245—258
3. 李振华皮洪琼何炳林钙阻抗剂的离子交换反应动力学和热力学研究Vd．13 功能高分子学报2000年3月
4. 聚乙二醇6000与青蒿素分散作用的热力学研究第二军医大学学报1998.6;19(3) 李国栋周全赵长文
5. 普自卡因青蒿素的结晶热力学陆杰第13卷第3期高校化学工程学报1999年6月
6. Schiff碱药物与细菌作用的热力学研究冯英刘义谢昌礼第42卷第4期武汉大学学报(自然科学版) l 996年8月
7. 郝宗宁张爱梅谢卫红布鲁氏茵脂多糖的热力学测定中国公共卫生 l999年第15卷第1期
8. 夏志道骨愈合的生物热力学医学与哲学1994.1.4~8
9. 吴请才．王宪民肌红蛋白和血红蛋白氧饱和度的热力学分析第12卷第4期航天医学与医学工程 1999年 8月
热力学定律应用论文作业
热力学定律的应用 【摘要】本文主要是从热力学定律的本质为出发点，而后分别简要的介绍了三大热力学定律在各个学科领域内得到的广泛地应用。 【关键词】热力学定律、本质、应用 【Abstract】This article mainly from the nature of the second law of thermodynamics as a starting point, and then briefly introduces respectively the three laws of thermodynamics in various disciplines should be extensively 【Key words】second law of thermodynamics, nature ，application 【引言】 热力学定律是人们在生活实践，生产实践和科学实验的经验总结，它们既不涉及物质的微观结构，也不能用数学加以推导和证明。但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。有关该定律的实质和应用是本文讨论的重点。热力学第一定律即能量守恒定律，利用它可解决各种变化过程中的能量守恒问题；热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律；而热力学第三定律的确立，可以由热性质计算物质在一定状态下的规定熵，实现了完全由热性质判断化学变化的方向。由于在生活实践中，自发过程的种类极多，热力学定律的应用非常广泛，诸如热能与机械能的传递和转换、流体扩散与混合、化学反应、燃烧、辐射、溶解、分离、生态等问题，本文将做相关介绍。 1. 热力学定律的实质 1.1、热力学第一定律的实质
热力学一般关系(热学高等数学偏微分)
第二部分工质的热力性质 六热力学函数的一般关系式 由热力学基本定律引出的一些基本热力学状态函数（如内能U、熵S）及其为某一研究方便而设的组合函数（如焓H、自由能F、自由焓G等）许多都是不可测量，必须将它们与可测量（如压力p、体积V、温度T等）联系起来，否则我们将得不到实际的结果，解决不了诸如上一章讲的最大功计算等一些具体的问题。 这就需要发展热力学的数学理论以将热力学基本定律应用到各种具体问题中去。 热力学函数一般关系式 全微分性质+基本热力学关系式6.1 状态函数的数学特性 对于状态参数，当我们强调它们与独立变量的函数关系时，常称它们为状态函数。从数学上说，状态函数必定具有全微分性质。这一数学特性十分重要，利用它可导出一系列很有实用价值的热力学关系式。下面我们扼要介绍全微分的一些基本定理。
设函数),(y x f z =具有全微分性质 dy y z dx x z dz x y ? ??? ????+??? ????= （6-1） 则必然有 （1） 互易关系 令式（6-1）中 ),(y x M x z y =???? ????， ),(y x N y z x =???? ???? 则 y x x N y M ???? ????=? ??? ???? （6-2） 互易关系与 ?=0 dz 等价。它不仅是全微分的必要条件 ，而且是充分条件。因此，可反过来检验某一物理量是否具有全微分。 （2） 循环关系 当保持z 不变，即0=dz 时，由式（6-1），得 0=???? ????+??? ????z x z y dy y z dx x z
则 x y z y z x z x y ???? ???????? ????- =???? ???? 故有 1-=???? ???????? ???????? ????y z x z x x y y z （6-3） 此式的功能是：若能直接求得两个偏导数，便可确定第三个偏导数。结果也很容易记忆，只需将三个变量依上、下、外次序，即))()((xzy yxz zyx 循环就行了。 （3） 变换关系 将式（6-1）用于某第四个变量ω不变的情况，可有 ωωωdy y z dx x z dz x y ? ??? ????+??? ????= 两边同除以ωdx ，得 ω ω??? ????? ??? ????+??? ????=??? ????x y y z x z x z x y （6-4） 式中：y x z ??? ????是函数),(y x z 对x 的偏导数；ω??? ????x z 是以),(ωx 为 独立变量时，函数),(ωx z 对x 的偏导数。上面的关系可用于它们之间的变换。这一关系式对于热力学公式的推导十分重要。
热力学与统计物理第二章知识总结
§2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分 热力学函数中的物态方程、内能和熵是基本热力学函数，不仅因为它们对应热力学状态描述第零定律、第一定律和第二定律，而且其它热力学函数也可以由这三个基本热力学函数导出。 焓：自由能： 吉布斯函数： 下面我们由热力学的基本方程(1) 即内能的全微分表达式推导焓、自由能和吉布斯函数的全微分 焓、自由能和吉布斯函数的全微分 o焓的全微分 由焓的定义式，求微分，得， 将（1）式代入上式得(2) o自由能的全微分 由得 (3) o吉布斯函数的全微分 (4)
从方程（1）（2）（3）（4）我们容易写出内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分dU，dH，dF，和dG独立变量分别是S，V；S，P；T，V和T，P 所以函数U（S，V），H（S，P），F（T，V），G（T，P）就是我们在§2.5将要讲到的特性函数。下面从这几个函数和它们的全微分方程来推出麦氏关系。 二、热力学（Maxwell）关系(麦克斯韦或麦氏) (1)U（S，V） 利用全微分性质（5） 用（1）式相比得（6） 再利用求偏导数的次序可以交换的性质，即 （6）式得（7） （2） H（S，P） 同（2）式相比有 由得（8） （3） F（T，V）
同（3）式相比 （9） （4） G（T，P） 同（4）式相比有 （10） （7），（8），（9），（10）式给出了热力学量的偏导数之间的关系，称为麦克斯韦（J.C.Maxwell）关系，简称麦氏关系。它是热力学参量偏导数之间的关系，利用麦氏关系，可以从以知的热力学量推导出系统的全部热力学量，可以将不能直接测量的物理量表示出来。例如，只要知道物态方程，就可以利用（9），（10）式求出熵的变化，即可求出熵函数。 §2.2麦氏关系的简单应用 证明 1. 求 选T,V为独立变量，则内能U（T,V）的全微分为 （1） 熵函数S(T,V)的全微分为( 2)
生活中的热力学
生活中的热力学 摘要：生活中的热力学现象无处不在，热力学现象的本质和原理亦来自生活。其实我们身边经常可以看到很多和热力学有关的现象。热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律是热力学的基本定律，高压锅、空调、电冰箱是生活中常见的用电器。 关键词：热力学定律 热力学第一定律也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。它指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。 热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。表征热力学系统能量的是内能，通过做功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔE应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q和系统对外界做功W之差，即 EⅡ－EⅠ＝ΔE＝Q－W 或 Q＝ΔE＋W 这就是热力学第一定律的表达式。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 dQ＝dE＋dW 其中，E是态函数，dE是全微分；Q、W是过程量，dQ和dW只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。又因ΔE或dE只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否是平衡态无关。 热力学第二定律一般有两个表述： 1.开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 2.克劳休斯表述：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 其实这两种表述是等价的，我们知道自然界中的各种不可逆过程都是互相关联的。而这两种表述的区别在，克氏表述指出：热传导过程是不可逆的；开氏表述指出：功变热（确切地说，是机械能转化为内能)的过程是不可逆的。两种表述均指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，不可能做到“不引起其他变化”。热力学第二定律是一条关于方向性的定律，开尔文曾据此推测宇宙内所有的变化都会沿着有去无回的方向进展，他提出“时间是有
光子气体与它的热力学函数关系
目录 1引言 (1) 2热辐射和平衡辐射 (1) 3 用能量均分定律讨论热辐射 (3) 4 热力学量的统计表达式 (5) 4.1总分数和能的统计表达式 (5) 4.2广义作用力的统计表达式 (6) 4.3熵的统计表达式 (6) 5 光子气体的热力学函数 (7) 6 结论 (8) 参考文献 (9) 致谢 (10)
光子气体与它的热力学函数关系 摘要：早在1900年，马克斯·普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一分的能量为hv,1905年阿尔伯特·爱因斯坦进一步提出光除了波动性之外还具有粒子性，他指出电子辐射不仅在被发射吸收时以能量为hv的微粒形式出现，而且以这种形式以速度c在空间运动这种粒子称之为光量子；普朗克和爱因斯坦的光量子理论直到1924年康普顿成功地用光量子概念解释了x光被物质散射是波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用1926年正式名称为光子。光子不但具有能量，而且具有动量，光子的静止质量为零。 该文论述了光子气体热力学函数并根据光子气体巨配分函数推导出热力学函数能、压强、熵、焓、自由能和吉布斯函数以及物态方程。 关键词：光子；热辐射；巨配分函数；熵；压强。
1引言 早在1900年，马克斯.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一分的能量为hv,1905年阿尔伯特.爱因斯坦进一步提出光除了波动性之外还具有粒子性，他指出电子辐射不仅在被发射吸收时以能量为hv的微粒形式出现，而且以这种形式以速度c 在空间运动这种粒子称之为光量子；普朗克和爱因斯坦的光量子理论直到1924年康普顿成功地用光量子概念解释了x光被物质散射是波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用1926年正式名称为光子。光子不但具有能量，而且具有动量，光子的静止质量为零。近代物理理论研究表明，辐射除了具有波动性质外，还具有微粒性质，辐射场可看成是有各种频率的电磁波所组成，也可以将其视为是光子的集合是光子气体。光子气体也普通气体一样按一定规律分布(波色分布)，但与普通气体相比有着如下差异：（1）光子随时在产生或漂灭，故粒子数不能固定；(2) 由于光子具有相同的速度(光速) ,故不存在速度分布；（3）普通气体分子之间按速度的平衡分布，是通过分子之间相互碰撞与相互作用机制实现的.而光子气体中的光子彼此并不碰撞，其间的平衡分布，只在辐射场中有某种能够吸收和辐射光子的物体存在时才能建立起来.在吸收或辐射过程中，一种频率的光子将转变成另一种频率的光子.正是光子气体与普通气体之间的这些差异，从而导致光子气体具有与普通气体不同的热力学性质和特征函数。 2热辐射和平衡辐射 只要温度不是绝对零度，任何物体的表面都会向外发射各种波长的，频谱为连续的电磁波。温度升高，物体在单位时间从单位面积表面上向外发射的辐射总能量也之增加。一定时间辐射能量随波长的分布也与温度有关，简单来说爱热的固体会辐射电磁波，称为热辐射。一般情形下热辐射的强度和强度按频率的分布与辐射体的温度和性质有关。如果辐射体对电磁波的吸收和辐射达到平衡，热辐射的特性将只取决于温度，于热辐射的其它特性无关，称为平衡辐射。. 考虑一个封闭的空窖，窖壁保持一定的温度T。窖壁将不断向空窖发射并吸收电磁波，窖辐射场与窖壁达到平衡后，二者具有共同的温度，显然空窖的辐射就是平衡辐射。 平衡辐射包含各种频率，沿各个方向传播的电磁波.这些电磁波的振幅和相位
描述热力学系统的重要态函数之一
描述热力学系统的重要态函数之一。熵的大小反映系统所处状态的稳定情况，熵的变化指明热力学过程进行的方向，熵为热力学第二定律提供了定量表述。 为了定量表述热力学第二定律，应该寻找一个在可逆过程中保持不变，在不可逆过程中单调变化的态函数。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出，对任意循环过程都有，式中Q是系统从温度为T的热源吸收的微小热量，等号和不等号分别对应可逆和不可逆过程。可逆循环的表明存在着一个态函数熵.对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在不可逆绝热过程中单调增大。这就是熵增加原理。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热过程，所以熵增加原理也可表为：一个孤立系统的熵永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统达到平衡态时，熵达到最大值。熵的变化和最大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度，熵增加原理就是热力学第二定律。 能量是物质运动的一种量度，形式多样，可以相互转换。某种形式的能量如内能越多表明可供转换的潜力越大。熵原文的字意是转变，描述内能与其他形式能量自发转换的方向和转换完成的程度。随着转换的进行，系统趋于平衡态，熵值越来越大，这表明虽然在此过程中能量总值不变，但可供利用或转换的能量却越来越少了。内能、熵和热力学第一、第二定律使人们对与热运动相联系的能量转换过程的基本特征有了全面完整的认识。 从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。 读了该篇论文后，我知道了，在信息论中，熵还可用作某事件不确定度的量度。信息量越大，体系结构越规则，功能越完善，熵就越小。利用熵的概念，可以从理论上研究信息的计量、传递、变换、存储。此外，熵在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域也都有一定的应用。而我们在大学物理中学到的热力学第二定律体系的熵总是增加理论，发现除了孤立系统熵是不变的以外，其他情况下，熵总是在增加的，更不可能有熵为负数的情况出现。而麦克斯韦提出的一个理想系统，提出了“麦克斯韦妖”存在的假说，这种可能是有生命的物质使得熵为负数成为了可能。物理学与生物学的链接由此打开。使我感到知识正在不断地跨学科交融，在普遍联系的基础上衍生出促进社会进步的新思想。我们要不断探索，在探索中学求真知，从而造福人类。
热力学在生活中的应用
本科课程论文 题目热力学在生活中的应用 学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化 年级 学号 姓名 指导老师
2014年11月20日 目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.前言 (3) 4.正文 (3) 4.1热力学第一定律 (3) 4.2热力学第二定律 (4) 4.3生活中的热力学现象及应用 (4) 4.4 热机 (5) 4.5 结论 (6) 5.参考文献 (7)
热力学在生活中的应用 1.摘要：热力学第一和第二定律是热力学的最基本最重要的理论基础，其中热力学第一定律从数量上描述了热能与机械能相互转换时数量的关系。热力学第二定律从质量上说明热能与机械能之间的差别，指出能量转换是时条件和方向性。在工程上它们都有很强的指导意义。 2.关键字：热力学生活应用热机 3.前言：热机在人类生活中发挥着重要的作用。现代化的交通运输工具都靠它提供动力。热机的应用和发展推动了社
会的快速发展也不可避免地损失部分能量并对环境造成一定程度的污染。 4.正文： 4.1 热力学第一定律 热力学第一定律：热力学的基本定律之一。是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E末-E 初）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为△E＝W＋Q。 对热力学第一定律应从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，如此理解后，热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。在1885年，恩格斯把这个原理改述为“能量转化与守恒定律”，从而准确而深刻地反映了这一定律的本质内容。 同时热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造的。在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械,这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，这种不需要外界提
02章 热力学第一定律及其应用
第二章热力学第一定律及其应用 1. 如果一个体重为70kg的人能将40g巧克力的燃烧热(628 kJ) 完全转变为垂直位移所要作的功 ,那么这点热量可支持他爬多少高度? 2. 在291K和下,1 mol Zn(s)溶于足量稀盐酸中,置换出1 mol H2并放热152 kJ。若以Zn和盐酸为体系，求该反应所作的功及体系内能的变化。 3．理想气体等温可逆膨胀，体积从V1胀大到10V1，对外作了41.85 kJ的功，体系的起始压力为202.65 kPa。 (1)求V1。 (2)若气体的量为2 mol ,试求体系的温度。 4．在101.325 kPa及423K时，将1 mol NH3等温压缩到体积等于10 dm3, 求最少需作多少功？ （1）假定是理想气体。 （2）假定服从于范德华方程式。 已知范氏常数a=0.417 Pa·m6·mol-2, b=3.71× m3/mol. 5．已知在373K和101.325 kPa时，1 kg H2O（l）的体积为1.043 dm3,1 kg水气的体积为1677 dm3,水的 =40.63 kJ/mol 。当1 mol H2O(l),在373 K 和外压为时完全蒸发成水蒸气时，求 （1）蒸发过程中体系对环境所作的功。 （2）假定液态水的体积忽略而不计，试求蒸发过程中的功，并计算所得结果的百分误差。 （3）假定把蒸汽看作理想气体，且略去液态水的体积，求体系所作的功。（4）求（1）中变化的和。 （5）解释何故蒸发热大于体系所作的功？ 6．在273.16K 和101.325 kPa时,1 mol的冰熔化为水，计算过程中的功。
已知在该情况下冰和水的密度分别为917 kg·m-3和1000 kg·m-3。 7．10mol的气体（设为理想气体），压力为1013.25 kPa,温度为300 K，分别求出等温时下列过程的功： （1）在空气中（压力为101.325 kPa）体积胀大1 dm3。 （2）在空气中膨胀到气体压力也是101.325 kPa。 （3）等温可逆膨胀至气体的压力为101.325 kPa。 8．273.2K，压力为5×101.325 kPa的N2气2 dm3,在外压为101.325 kPa下等温膨胀，直到N2气的压力也等于101.325 kPa为止。 求过程中的W,ΔU ，ΔH 和Q。假定气体是理想气体。 9．0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为气体。已知蒸发热为858kJ/kg.蒸汽的比容为0.607 m3/kg。 试求过程的ΔU ，ΔH，Q，W（计算时略去液体的体积）。 10. 1× kg水在373K，101.325 kPa压力时，经下列不同的过程变为373 K， 压力的汽，请分别求出各个过程的W，ΔU ，ΔH 和Q 值。 （1）在373K，101.325 kPa压力下变成同温，同压的汽。 （2）先在373K，外压为0.5×101.325 kPa下变为汽，然后加压成373K，101.325 kPa压力的汽。 （3）把这个水突然放进恒温373K的真空箱中，控制容积使终态为101.325 kPa 压力的汽。 已知水的汽化热为2259 kJ/kg。 11. 一摩尔单原子理想气体，始态为2×101.325 kPa,11.2 dm3,经pT=常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325 kPa，已知C(V,m)=3/2 R。求： （1）终态的体积和温度。 （2）ΔU 和ΔH 。 （3）所作的功。
生活中的热力学
生活中的热力学 摘要:生活中的热力学现象无处不在,热力学现象的本质与原理亦来自生活。其实我们身边经常可以瞧到很多与热力学有关的现象。热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律就是热力学的基本定律,高压锅、空调、电冰箱就是生活中常见的用电器。 关键词:热力学定律 热力学第一定律也叫能量不灭原理,就就是能量守恒定律。它指出,热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其她能量相互转换,在传递与转换过程中,能量的总值不变。 热力学第一定律的另一种表述就是:第一类永动机就是不可能造成的。表征热力学系统能量的就是内能,通过做功与传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律,系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后,内能的增量ΔE应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q与系统对外界做功W之差,即 EⅡ－EⅠ＝ΔE＝Q－W 或 Q＝ΔE＋W 这就就是热力学第一定律的表达式。对于无限小过程,热力学第一定律的微分表达式为 dQ＝dE＋dW 其中,E就是态函数,dE就是全微分;Q、W就是过程量,dQ与dW只表示微小量并非全微分,用符号d以示区别。又因ΔE或dE只涉及初、终态,只要求系统初、终态就是平衡态,与中间状态就是否就是平衡态无关。 热力学第二定律一般有两个表述: 1、开尔文表述:不可能制成一种循环动作的热机,只从单一热源吸取热量,使之完全变成有用的功而不产生其她影响。 2、克劳休斯表述:热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 其实这两种表述就是等价的,我们知道自然界中的各种不可逆过程都就是互相关联的。而这两种表述的区别在,克氏表述指出:热传导过程就是不可逆的;开氏表述指出:功变热(确切地说,就是机械能转化为内能)的过程就是不可逆的。两种表述均指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原,要使系统从终态回到初
第五讲热力学函数法
第五讲热力学函数法 讲授内容：教科书§1.9-10 学时：6 教学方法：结合课件中的文字、画图、公式进行讲授；通过习题课使学生熟悉用热力学函数解决问题的方法 教学目的：1使学生熟悉热力学基本方程和基本不等式的应用，掌握热力学函数法的基本精神，会在典型热效应之间建立联系，会用热力学方法计算简单系统的热力学函数。 教学重点：热力学函数法的基本精神 教学难点：应用导数变换方法建立不同热效应之间的联系。本讲吸取国内对此内容的教学经验，将问题归纳为几种典型，通过较多的练习和习题课，使难点得以突破。 教学过程： 一热力学函数与典型过程（70分钟）（字幕） 引言：通过前面的讨论，我们在热力学定律和统计规律的基础上引进了两个基本的态函数——内能和熵。从原则上讲，利用这两个热力学函数再加上物态方程可以解决宏观热现象的一般问题。然而在实际操作上并不都很方便。例如在绝热过程中（字幕），外界对系统作的功等于系统内能的U A-U B=W （字幕）通过末态B与初态A内能之差可以直接得到功。根据熵增原理dS≥0（字幕）可以判断不可逆绝热过程的进行方向（字幕）。可是很多过程并不是绝热的，对于经常遇到的等温过程或等温等压过程就无法直接运用内能和熵解决上述问题。本节将引入几个新的热力学函数使问题得到简洁地处理。 1焓与等压过程:（字幕）
1.1等压过程中的功: （字幕）如果系统只有V 作为外参量，在等压过程中外界对系统的功W=-P 0(V B -V A )=-P 0ΔV （字幕） 1.2焓与等压过程中的热量: （字幕）ΔU=U B -U A =Q-P 0ΔV （字幕）移项得Δ(U+P 0V)=Q （字幕）不管等压过程是否可逆，只要初末态是平衡态，系统在初末态的压强P ＝P 0，引入新的热力学函数——焓H=U+PV （字幕）则ΔH=Q （字幕） 对于初末态为平衡态的无穷小过程则有dH=δQ （字幕）焓是广延量，具有和内能相同的量纲。焓具有明显的物理意义：在没有非体变功的等压过程中系统吸收的热量等于系统焓的增加，系统放出的热量等于系统焓的减少。（字幕）通过末态与初态焓的差就可以算得系统在等压过程中吸收的热量。 1.3焓的全微分式: （字幕）在热力学基本方程两端加d(PV)，即 d U P V T d S P d V d P V ()()+=-+ 于是有 d H T d S Vd P =+ （字幕） 上式是以熵S 和压强P 为独立变量时焓的全微分表达式。有时，使用它讨论等压过程的问题比使用基本方程更为方便。通常，H(S,P)的全微分为 dH H S dS H P dP P S =+(/)(/)???? 两式对照即有(/)??H S T P =， (/)??H P V S = 。（字幕） 1.4定压热容：（字幕）系统的定压热容 C li m H T )H T )P T P ==→???0(/(/?? 对于等压过程， dH T dS Q C dT P ===δ 定压热容又可以由下式算得C H T T S T P P P ==(/)(/)???? （字幕） 2自由能与等温过程：（字幕） 2.1自由能与等温过程的功：（字幕）对于等温过程，将热力学基本不等式移项可得
第一章热力学第一定律及其应用
华中科技大学博士研究生入学考试《物理化学（二）》考试大纲 第一章热力学第一定律及其应用 1．1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用 1.7 实际气体 1.8 热化学 1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系 1.12 绝热反应——非等温反应 1.13 热力学第一定律的微观说明 第二章热力学第二定律 2.1 自发变化的共同特征一不可逆性性 2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺定律 2.4 熵的概念．
2.5 克劳修斯不等式与熵增加原理 2.6熵的计算 2.7热力学第二定律的本质和熵的统计意义 2.8亥姆霍兹自由能和古布斯自由能 2.9变化的方向和平衡条件 2.10ΔG的计算示例 2.11几个热力学函数间的关系 2.12单组分体系的两相平衡 2.13多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势 2.14不可逆过程热力学简介 第三章统计热力学基础 3.1 概论 3.2玻尔兹曼统计 3.3玻色—爱因期坦统计和费米—狄拉克统计 3.4配分函数 3.5各配分函数的求法及其对热力学因数的贡献3.6晶体的热容问题 3.7分子的全配分函数 第四章溶液——多组分体系热力学在溶液中的应用4.1 引言 4.2 溶液组成的表示法 4.3 稀溶液的两个经验定律
4.4混合气体中各组分的化学势 4.5理想溶液的定义、通性及各组分的化学势4.6稀溶液中各组份的化学势 4.7理想溶液和稀溶液的微观说明 4.8稀溶液的依数性 4.9吉朽斯—杜亥姆公式和杜亥姆—马居耳公式4.10非理想溶液 4.11分配定律――溶质在两互不相溶液中的分配第五章相平衡 5.1引言 5.2多相体系的一般平衡条件 5.3相律 5.4单组份体系的相图 5.5二组份体系的相图及应用 5.6三组份体系的相图和应用 5.7二级相变 第六章化学平衡 6.1化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势6.2化学反应的平衡常数和等温方程式 6.3平衡常数的表示式 6.4复相化学平衡 6.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算
第六章 热力学定理在经济中的应用及说明
第六章热力学定理在经济中的应用及说明“如果熵修正到可以包括存储信息的算法信息量（AIC）时，那么热力学第二定律就在任何时候也不能有丝毫违背”------盖尔曼 现代观察宇宙中人类所掌握的所有科学技术知识在物质宇宙中，现有尺度下都没有违反热力学的第一、第二定理。人类作为已知自然界中由物质组成的活动最有序、熵值最低的生物，更应该服从热力学定理，而且热力学定理在人类活动中的会有更复杂的表现。现代我先简单的介绍一下热力学有关概念,然后依照上文的推断对于热力学定律在经济中的运用加以说明。 前几章以就在人类耗散机构的几个概念进行分析与从新定义。我在这一节中进行总结应用。 财富定义：含有可以使人意识熵值移动的能量载体。 科学的定义：科学是描述能量流动规律的学说。 技术的定义：把自然界的非空能转入人类社会的手段与方法。 意识熵值定义：描述在人类社会中各个耗散体系无序程度的物理量。 人类耗散机构：有人生存的区域。他是以这个区域中人类状态为对象。 以下为经典物理学中在热力学符号的意义： E ----- 能量 T ----- 温度 U ----- 内能 P ----- 压强 u ----- 比能 v ----- 体积 S ----- 熵值 下面为了把热力学引入经济学，并且为研究经济学方便以上量为， E ----- 总消耗能量 P ----- 人类活动 U -----人类消耗内能 P ----- 技术行为 u ----- 人类行为 v ----- 物流 S ----- 意识熵值 T ----- 技术水平 热力学第零定律：处于相对稳定的经济耗散结构中温度不变。
在经济学中热力学第零定律应用为：在人类耗散机构中技术与周围环境不变的情况下，社会处于相对稳定的经济耗散结构中，其经济耗散的最高形式，由那一时刻的技术水平来决定。 公式表达: ?= S Pdv T MAX 在技术水平与资源平衡的时候，社会处于相对稳定的状态。也就是说人们对于资源的开采与利用，在没有发生重大变革的时候，社会体系一般不会翻生变化。同时要说,社会耗散体系发生变化也有两种根本可能。第一种可能性是技术水平上升一个档次。第二种可能性是可开采某种或多种能源的枯竭或者是相对枯竭。 现代社会技术水平的代表体系对能源的利用效率。科技是人类认识自然、改造自然的手段，又可以说是揭示自然客观发展规律的人类认识。他可以使人类了解自然的能量运动规律并掌握其规律，科技使其从非控能转变为可控能，按人类的意志所用。当技术转化非控能为人类可控能使人类意识熵值移动时，转化的能量就成为人类生活中的财富。科技可以造福于社会、民族，很多时候也可以对发现人有受益，例如：有人通过专利得到财富；有人是通过开发科学成果得到财富。人类对熵移动控制是不能超越当时人类科技所发展水平的。科技是衡量人类社会财富水平的唯一标准（包括精神财富，因为当精神财富是一种学说时，它是一种科学，而执行的过程正是技术转化的过程。）。没有任何人、任何社会、任何民族能超越当时具有的科技水平使熵移动。正如秦始皇杀人无数，但不可能用原子弹征服他国。一个古代君主可以在其君国中得到大量物质，并可为所欲为。但不能享受现代家庭所拥有电子产品所带来的方便。 热力学第一定律：一个孤立的耗散体系，其每一时刻降低其熵值的能量，永远小于其连续过程中的能量。 热力学第一定律数学表达式： V P S T E δδδ+=
热力学第一定律的内容及应用
目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract: ...................................................................................... 错误！未定义书签。Key words .................................................................................... 错误！未定义书签。引言 (1) 1．热力学第一定律的产生 (1) 1.1历史渊源与科学背景 (1) 1.2热力学第一定律的建立过程 (2) 2.热力学第一定律的表述 (3) 2.1热力学第一定律的文字表述 (3) 2.2数学表达式 (3) 3.热力学第一定律的应用 (4) 3.1焦耳实验 (4) 3.2热机及其效率 (5) 总结 (7) 参考文献 (7)
热力学第一定律的内容及应用 摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机的应用。 关键字：热力学第一定律；内能定理；焦耳定律；热机；热机效率 引言 在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机，进行简单展开。 1．热力学第一定律的产生 1.1历史渊源与科学背景 人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。 北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的
热力学函数意义,应用
一、热力学函数： 1、热力学能（U）： 意义：反映了处于一定状态下的系统内部的能量总和。 应用：其本身无实际应用意义，但是热力学能变，即△U，可以反映系统变化前后的能量变化，其变化只与系统始终状态有关而与过程的具体途径无关。即△U等于系统与环境之间的能量传递。△U=W+Q。△U>0表明系统吸收了能量, △U<0表明系统放出了能量。 2、焓（H）： 意义：热力学中将（U+pV）定义为焓，其本身并无明确的物理意义。 应用：H= U+pV，因而，焓就和热力学能一样，无实际意义，但是焓变△H却很有应用意义，Q p =H2-H1 =△H反映了在恒温恒压只做体积功的封闭系统中，系统吸收的能量全部用于增加系统的焓。△H>0表明系统吸热，△H<0则表明系统放热。即可以用其表示恒压条件下系统放出的或吸收的热量多少，实践证明，即使有气体参加的反应，p△V也很小，即△H≈△U，因而，在没有△U数据时，可以暂时用△H代替。 3、熵（S）： 意义：熵反映了在一定状态下系统混乱度的大小。 应用：熵变△S却反映了系统变化前后混乱度的变化，0 K时，纯物质完美晶体的微观粒子熵为0，即S m* (B,0 K)=0，因而可以以此为基准，确定其他温度下物质的熵，△r S m（B）= S m（B，T）- S m* (B,0 K)= S m（B，T）。 4、吉布斯函数（G）： 意义：吉布斯函数和焓一样，本身没有明确的物理意义，热力学中将H-TS规定为吉布斯函数。 应用：其本身无实际用途，但是其变化，即△G=△H-T△S，反映了在恒温恒压非体积功等于零的自发过程中，其焓变、熵变和温度三者的关系。△G的大小可作为判断反应能否自发进行的判据。即： △G<0 自发进行 △G=0 平衡状态 △G>0 不能自发进行（其逆过程是自发的）即根据△H，T，△S可以计算出△G，用于判断反应的可行性。 二、解离常数（K）： 意义：反映了物质在溶液中电解能力的大小。 应用：常用的是电解质在水中的解离常数，如果是酸，跟据其解离常数可以计 算出溶液的解离常数大小，进而可以判断其酸碱性强弱或者直接换成pH的大小，碱也是如此。另外，只要知道弱电解质的解离度大小，根据其浓度，就能计算出其溶液中离子的浓度。跟据加入的电解子的离子，还可以计算出溶解平衡的移动方向，即同离子效应。 三、溶度积（K sp）： 意义：反映了难容电解质的饱和溶液中，个离子活度幂次方的乘积大小，从而反映出该物质溶解能力的大小。 应用：1、根据溶度积原理，可以判断沉淀平衡移动的方向。 Q i >K sp 溶液为过饱和溶液，平衡向生成沉淀的方向移动。
配分函数与热力学函数的关系
第七章统计热力学基础 教学目的与要求: 通过本章的教学使学生初步了解统计热力学的基本研究方法，各种独立子系统的微观状态数的求法，不同系统的统计规律，系统的各热力学函数的表示式，配分函数的计算，固体的热容理论导出的基本思路。 重点与难点: 统计热力学的基本研究方法，不同系统的微观状态数的计算，玻尔兹曼分布律的含义，系统的热力学函数的表示式，配分函数的计算，不同的固体热容理论的基本方法。 §7.1 概论 统计热力学的研究任务和目的 统计力学的研究对象是大量微观粒子所构成的宏观系统。从这一点来说，统计热力学和热力学的研究对象都是一样的。但热力学是根据从经验归纳得到的四条基本定律，通过演绎推理的方法，确定系统变化的方向和达到平衡时的状态。由于热力学不管物质的微观结构和微观运动形态，因此只能得到联系各种宏观性质的一般规律，而不能给出微观性质与宏观性质之间的联系。而统计热力学则是从物质的微观结构和基本运动特性出发，运用统计的方法，推导出系统的宏观性质，和变化的可能方向。 统计力学的研究方法是微观的方法，它根据统计单位（微粒）的力学性质如速度、动量、位置、振动、转动等，用统计的方法来推求系统的热力学性质，例如压力、热容、熵等热力学函数。统计力学建立了体系的微观性质和宏观性质之间的联系。从这个意义上，统计力学又可称为统计热力学。 相对于热力学，统计力学对系统的认识更深刻，它不但可以确定系统的性质，变化的方向和限度，而且还能确定系统的性质的微观根源，这一点要比热力学要深刻。对于简单系统，应用统计热力学的方法进行处理，其结果是令人满意的。当然统计热力学也有自身的局限性，由于统计力学要从微观粒子的基本运动特性出发，确定系统的状态，这就有一个对微观粒子的运动行为的认识问题。由于人们对于物质结构的认识不断深化，不断地修改充实物质结构的模型，所对统计理论和统计方法也要随之修改，所以统计理论是一种不断发展和完善的。同时模型本身也有近似性，所以由此得到的结论也有近似性。从历史的发展来看，最早是由玻兹曼（Boltzmann）以经典力学为基础建立的统计方法，称为经典统计热力学。1900 年普朗克（Planck）提出了量子论，麦克斯韦（Maxwell）将能量量子
关于热力学第二定律在生活中的应用
热力学第二定律在生活中的应用 摘要：热力学第二定律作为判定与热现象有关的物理过程进行方向的定律，是物理热学中的一个重要部分。本文分析了热力学第二定律的涵义以及意义，并阐述了它在当今社会的一些应用。 关键词：热力学第二定律；物理过程；应用 引言： 热力学第二定律，不仅决定了能量转移的方向问题，对信息技术，生命科学以及人文科学的发展都起到了非常重要的作用，应用极其广泛。热力学第二定律对新世纪的科学技术乃至整个社会的发展都产生重要影响。 １ 热力学第二定律内涵 德国物理学家克劳修斯，在研究和明卡诺定理时， 根据热传导这个不可逆程， 对规律性的内涵提出了一种说法， 这后来被称为热力学第二定律的克劳修斯法： 热可以自发地由高温物体传到低温体， 但不可能由低温物体传到高温物体而引起其它变化。不能简单把克劳修斯说法理解成热不能由低温物传到高温物体，而是在不允许引起其变化和条件下，热不能由低温物体传到高物体，如若允许引起其它变化和话，热是可以由低温物体传到高温物体的。 开尔文是从机械能和内能之间相互转化时具有向性的角度来表述的。通过一定装置，机能可以全部转化成内能。但是，内能却不自发地完全转化成机械能。要实现内能全转化成机械能，必须借助其他物理变化机械能和内能之间的转化是具有方向性的此种表述也包含两层含义，即若从单一源吸收热量，并把它完全用来做功，同时不允许产生其他变化，则这种热力学过程不可能发生的；若允许产生其他变化，则单一热源吸收热量，并把它全部用来做功这种热力学过程是有可能发生的。 热力学第二定律指出了其不可逆过的单向性， 从热力学第二定律的这些表述发， 能够找到一个表征不可逆过程单向性物理量，利用它能够把热力学第二定律用为普遍的形式表示出来。克劳修斯定义一个态函数，认为自发过程的不可逆性决定于过程进行的过程或路径， 而是决定系统的初始状态和最终状态，称之为“熵用 Ｓ 表示从一个状态 Ａ 到一个状态 Ｂ 。 Ｓ 的变化定义为： A B S S -=?A B T dQ / (1) 对无限小过程ds = dq/T 。这样热力学第二律表示为： ds ≥ dq/T 在孤立系统中，任何变化不可能导致熵的问题减小，即ds ≥0。 如果变化过程是可逆的则 ds=0 ，总之熵是有增无减。 2、热力学第二定律的应用 ２.1通过熵增原理，理解能源危机
热力学第一定律及其应用
热力学第一定律及其应用 §2. 1热力学概论 热力学的基本内容 热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。它包含系统变化所引起的物理量的变化或当物理量变化时系统的变化。 热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定律和第三定律，还有热力学第零定律），其中热力学第三定律是实验事实的推论。这些定律是人们经过大量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。 热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着重要的作用。如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。热力学研究方法和局限性 研究方法： 热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统（所研究的对象）在转化过程中热和功的关系的分析，用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。 特点： 首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律，没有任何假想的成分。另外，热力学在研究问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手，以热力学定律作为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。不考虑系统在转化过程中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。 局限性： 不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统变化的具体过程和细节做出判断。只能预示过程进行的可能性，但不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性问题。 §2. 2热平衡和热力学第零定律－温度的概念为了给热力学所研究的对象－系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。 温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。一个不受外界影
响的系统，最终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态参量来描述它。当把两个系统已达平衡的系统接触，并使它们用可以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的这一状态参量也应该相等。这个状态参量就称为温度。 那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个系统分别和处于平衡的第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼此也处于热平衡。热力学第零定律是是确定系统温度和测定系统温度的基础，虽然它发现迟于热力学第一、二定律，但由于逻辑的关系，应排在它们的前边，所以称为热力学第零定律。 温度的科学定义是由热力学第零定律导出的，当两个系统接触时，描写系统的性质的状态函数将自动调节变化，直到两个系统都达到平衡，这就意味着两个系统有一个共同的物理性质，这个性质就是“温度”。 热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在，它非但给出了温度的概念，而且还为系统的温度的测定提供了依据。 §2. 3热力学的一些基本概念 系统与环境 系统：物理化学中把所研究的对象称为系统 环境：和系统有关的以外的部分称为环境。 根据系统与环境的关系，可以将系统分为三类： （1）孤立系统：系统和环境之间无物质和能量交换者。 （2）封闭系统：系统和环境之间无物质交换，但有能量交换者。 （3）敞开系统：系统和环境之间既有物质交换，又有能量交换 系统的性质 系统的状态可以用它的可观测的宏观性质来描述。这些性质称为系统的性质，系统的性质可以分为两类： （1）广度性质（或容量性质）其数值与系统的量成正比，具有加和性，整个体系的广度性质是系统中各部分这种性质的总和。如体积， 质量，热力学能等。 （2）强度性质其数值决定于体系自身的特性，不具有加和性。如温度，压力，密度等。 通常系统的一个广度性质除以系统中总的物质的量或质量之后得到一个强度性质。 热力学平衡态 当系统的各种性质不随时间变化时，则系统就处于热力学的平衡态，所谓热力学的平衡，应包括如下的平衡。