第一章 第一定律
初中物理第一章 热力学第一定律

因此, C p ,m CV ,m
§1-3 单纯 pVT 变化的过程热
三、DU 与 DH 的计算 1、对任意纯物质pVT过程
dU dQV nCV ,m dT
∴
DU QV nCV ,m dT
T1
T2
(
dV = 0,W’ = 0 pVT变化
§1-2 热力学第一定律
一、热力学能 动能 系统的能量 势能
机械能
内能:也称热力学能 用 U 表示,单位为 J 或 kJ 注: U 是状态函数,容量性质,U = f(T, V);
U 的绝对值不可测,只能求其变化值 DU = U2 – U1;
§1-2 热力学第一定律
二、热力学第一定律 1、文字表述 (1)隔离系统无论经历何种变化,其能量守恒; (2)第一类永动机是不可能制成的。 2、数字表达式
dQ p
§1-3 单纯 pVT 变化的过程热
H m 1 H ( )p ( )p n n T T C U 1 U V ( )V ( m )V n n T T Cp Cp
摩尔恒压热容 Cp, m
摩尔恒容热容 CV, m 质量恒压热容 cp 质量恒容热容 cV
C p ,m
dU dQV (dV = 0,W’ = 0) DU QV
(2)适用条件:dV = 0,W’ = 0
§1-2 热力学第一定律
dU dQV DU QV
注: QV 与途径无关;
(dV = 0,W’ = 0)
意义:QV 为 DU 的计算提供数据。
§1-2 热力学第一定律
2、恒压热 Qp 和焓 (1)恒压热 Qp:恒压且非体积功为零
一、系统与环境
物理化学第一章_热力学第一定律

J=1°50′
W=8° t =-20℃
东经J1 =118°75 ′
北纬 W1 = 32°00 ′ 某时气温 t1 = 30℃
上页 0000--77-2-828
下页
回主目录
返回 2200
标准态
➢规定标准态的必要性:
• 体系的状态函数强烈地依赖于物质所处的状态. • 有关状态函数的计算强烈地依赖于基础的实验数据. • 建立通用的基础热力学数据需要确立公认的物质标
下页
回主目录
返回 1133
由经验可知,一般来说,质量一定的单组分气相 体系,只需要指定两个状态函数就能确定它的状态。 另一个通过近似PV=nRT的关系也就随之而定了,从 而体系的状态也就确定了。
上页 0000--77-2-828
下页
回主目录
返回 1144
状态函数共同性质
(1) 体系的状态一定,状态函数有确定值。
上页 0000--77-2-828
下页
回主目录
返回 1122
四、状态函数与状态性质
1、状态和状态函数
物理性质和化学性质的综合表现就称体系的状态。
描述物质状态的性质叫做状态函数(state function)。
状态函数是相互联系,相互制约,一个状态函 数的改变,也会引起另一个状态函数的改变 。
上页 0000--77-2-828
四、状态函数与状态性质
⑴ 状态函数的数学表达
体系由A态变到B态,Z值改变量
Z ZB ZA
ZB dZ
ZA
对于循环过程 dZ 0
状态函数的微小改变量可以表示为全微分,即偏微分之和
dZ
第一章 热力学第一定律

第一章热力学第一定律练习参考答案1. 一隔板将一刚性绝热容器分成左右两侧,左室气体的压力大于右室气体的压力。
现将隔板抽去,左、右气体的压力达到平衡。
若以全部气体作为体系,则ΔU、Q、W为正?为负?或为零?解:∵U=02. 试证明1mol理想气体在恒后下升温1K时,气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。
解: 恒压下,W= p外ΔV= p外p TnR∆=R(p外= p,n=1mol,ΔT=1 )3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103kg•m-3和1.0×103 kg•m-3,现有1mol 的水发生如下变化:(1) 在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气,且水蒸气可视为理想气体;(2) 在0℃、101.325kPa下变为冰。
试求上述过程体系所作的体积功。
解: 恒压、相变过程,(1)W= p外(V2 –V1) =101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯⨯33100.1018.0110325.101373314.81=3100 ( J ) J=Pa*m^3(2) W= p外(V2 –V1) =101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯33100.1018.011092.0018.01=0.16 ( J )4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。
(1) Q、W、Q-W、ΔU是否已完全确定;(2) 若在绝热条件下,使体系从某一始态变化到某一终态,则(1)中的各量是否已完全确定?为什么?解:(1)Q-W、ΔU完全确定。
( Q-W=ΔU;Q、W与过程有关)(2) Q、W、Q-W、ΔU完全确定。
(Q=0,W = -ΔU)5. 1mol理想气体从100℃373、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3:(1) 恒温可逆膨胀; (2) 向真空膨胀;(3) 恒外压为终态压力下膨胀;(4) 恒温下先以恒外压等于0.05m 3的压力膨胀至0.05m 3,再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。
第1章 热力学第一定律

Extensive properties can be made intensive by normalizing.
5.热力学平衡态
系统在一定环境条件下,经足够长的时间,其各 部分可观测到的宏观性质都不随时间而变,此时系统 所处的状态叫热力学平衡态。 热力学系统,必须同时实现以下几个方面的平衡, 才能建立热力学平衡态: (i) 热平衡—系统各部分的温度T相等;若系统不是绝 热的,则系统与环境的温度也要相等。 (ii) 力平衡—系统各部分的压力p相等;系统与环境的 边界不发生相对位移。 (iii)质平衡—体系和环境所含有的质量不随时间而变。 (iv)化学平衡—若系统各物质间可以发生化学反应,则 达到平衡后,系统的组成不随时间改变。
此公式适合于恒外压过程。 (2)
式中p为系统压力,n为气体的物质的量。此公式适 合于理想气体恒压变温过程。
(3)
式中Wr为可逆功,p为系统的压力。只要知道p、V之 间的函数关系就可以对上式进行积分。此公式适合 于封闭体系可逆过程体积功的计算。
(4)Wr (5) (6)
Wr pdV
V1
V2
并且有
2 A 2 A xy yx
即二阶导数与求导次序无关
对一无限小的增量dA
dA=L(x,y)dx+M(x,y)dy
其中,L和M是独立变量x和y的函数,此时并不能马上断 定 A A dA是否是全微分,即不能断定是否存在一个函数(或性质) x y y x A(x,y),因为L(x,y),无需是 或M(x, y)无须是 。 L L dA为全微分的充要条件: y x x y 若α L/ αy≠ α M/ αx,则dA并非为全微分;若α L/ α y =α M/ α x, 则dA为全微分,且A是体系的一个性质, 它在状态1,2之间的差值为,dA=A2一A1,与路径无关。 断定体系性质是否为状态函数依据:1.自变量是否可 知;2. 体系表征数据的精度是否可靠。
物理化学知识点总结(热力学第一定律)

热力学第一定律一、基本概念1.系统与环境敞开系统:与环境既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统:与环境只有能量交换而无物质交换的系统。
(经典热力学主要研究的系统)孤立系统:不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。
2.状态函数:用于宏观描述热力学系统的宏观参量,例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。
根据状态函数的特点,我们把状态函数分成:广度性质和强度性质两大类。
广度性质:广度性质的值与系统中所含物质的量成正比,如体积、质量、熵、热容等,这种性质的函数具有加和性,是数学函数中的一次函数,即物质的量扩大a倍,则相应的广度函数便扩大a倍。
强度性质:强度性质的值只与系统自身的特点有关,与物质的量无关,如温度,压力,密度,摩尔体积等。
注:状态函数仅取决于系统所处的平衡状态,而与此状态的历史过程无关,一旦系统的状态确定,其所有的状态函数便都有唯一确定的值。
二、热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式:对于一个微小的变化状态为:dU=公式说明:dU表示微小过程的内能变化,而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。
它们之所以采用不同的符号,是为了区别dU是全微分,而δQ和δW不是微分。
或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。
这里的W既包括体积功也包括非体积功。
以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。
它们只能适用在非敞开系统,因为敞开系统与环境可以交换物质,物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减,我们说热和功是能量的两种传递形式,显然这种说法对于敞开系统没有意义。
三、体积功的计算1.如果系统与环境之间有界面,系统的体积变化时,便克服外力做功。
将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中,活塞上部施加外压。
当气体膨胀微小体积为dV时,活塞便向上移动微小距离dl,此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积因为我们假设活塞没有质量和摩擦,所以此活塞实际上只代表系统与环境之间可以自由移动的界面。
第一章热力学第一定律(Thefirstlawofthermodynamics)

容等表示.
★说明:(1)状态函数增量只与系统的始末态有关,与变化途径无关;
(2)热与功是两个过程函数,其值与变化途径密切相关。 途径不同,系统与环境之间功和热的交换也不一样。
2019/4/4 工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作 13
根据过程进行的特定条件,过程分为: (1)等温过程(isothermal process) T1= T2= T环
摩尔值应为强度性质。
三、状态与状态函数
系统所有性质的综合表现称为系统的状态
系统的各宏观物理性质(如温度、压力、体积等
)均为状态的函数,称为状态函数,又称为系统的 热力学性质。
2019/4/4 工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作 9
状态函数的特点
(1)定态有定值。(与其历史和达到该状态的历程无关) (2)系统状态的微小变化所引起状态函数的变化可以用全微分表 示,如dp、dV、dT等;
2019/4/4
10
四、热力学平衡状态
(equilibrium state of thermodynamics)
如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性质均不 随时间而变化,而且当此系统与环境的一切联系均被隔离 后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统处于热 力学平衡状态。
处于热力学平衡的系统必须同时满足下列平衡:
利用热力学第一定律计算变化中的热效应,利用热力 学第二定律解决各种物理化学过程变化的方向和限度问题 ,以及与相平衡、化学平衡、电化学、表面现象和胶体化 学中的有关基础理论问题。
5、有限粒子和极大量的粒子的性质从最初的量 变发展到质变。
2019/4/4
工科化学(1)课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作
物理化学 第一章 热力学第一定律

状态函数的改变量,只与过
LA
LB
程的始终态有关,而与状态 变化的具体途径无关。
△L= LB - LA
推论1:根据特征2状态函数的改变量具有加和性。 △L= ∑△LB
如:水10℃→30℃→50℃→70℃→90℃ △T=90-10=80℃
△T=(30-10)+(50-30)+(70-50)+(90-70)=80℃ 推论2:循环过程状态函数的改变量为零。
第一章
热力学第一定律
主要解决的问题
变化过程中能量的传递和能量的 转化的计算问题
§1—1 基本概念及术语 一、系统与环境 系统:研究的对象。
环境:与系统密切相关的其余部分
系统的分类
1.隔离系统(孤立系统):系统与环境之间既 没有能量交换,也没有物质交换的系统。
2.封闭系统:系统与环境之间只有能量交换, 但没有物质交换的系统。
总结:由p-V图和上面的计算结果可知,1、2、 3、4个过程是在相同的始终态之间,采取不 同途径进行的四个过程,功的数值是不同的, 由1→4系统对外做功依次增加,证明功不是 状态函数,而是过程的属性和产物。
三、可逆过程和不可逆过程
把2、3、4、三个过程以对应方式逆转回去, 看环境消耗多少功?
(2)一次压缩
第一、状态函数的分类 1.广度性质(容量性质):其数值的大小与 系统中所含的物质量成正比。且具有加和性。
如:质量(m) 2.强度性质:其数值的大小与系统中所含的 物质量无关,且不具有加和性。
如:温度(T)
第二、状态函数之间的关系 热力学系统中的状态变量之间并不是独
的,彼此之间有着相互联系 如:理想气体的p,V,T
V(1 p+dp)dV=-
01章_热力学第一定律

U U U (T , p ) ; U ( T , V )
; U
U ( p ,V )
如果是 U U (T , p ) 全微分式: d U
0
六、热和功
1、热(heat) 系统与环境之间因温差而传递的能量称热, 从微观上看,热是体系分子无序热运动的能量交 换。用符号Q 表示,其微小量用 Q 表示。 Q的取号:系统吸热,Q>0 系统放热,Q<0
计算Q一定要与系统与环境之间发生热交换 的过程联系在一起,系统内部的能量交换不可能 是热。 热分类:显热、潜热(恒温恒压的相变过程)、 化学热。
3、相平衡(phase equilibrium) 多相共存时,各相的组成和数量不随时间而改变
4、化学平衡(chemical equilibrium ) 反应系统中各物的数量不再随时间而改变
三、状态函数 系统的一些性质,其数值仅取决于系统所处
的状态,而与பைடு நூலகம்统的历史无关;
它的变化值仅取决于系统的始态和终态,而
热和功的取号与热力学能变化的关系 系统吸热
Q>0 环境 U >0 系统
系统放热
Q<0 U <0 W<0 对环境作功
U = Q + W
W>0 对系统作功
例1:体系由A态变化到B态,沿途径Ⅰ放热100J, 对体系做功50J,问①由A态沿途经Ⅱ到B态,体系 做功80J,则Q为多少?②如果体系再由B态沿途经 Ⅲ回到A态,得功为50J,体系是吸热还是放热, Q为多少? Ⅱ Ⅰ A Ⅲ 系统变化框图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
不论压缩还是膨胀,δW=-pedV 或 W= -∫pedV
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
二、最大功
1mol理气在300K下从4p 膨胀到1p ,计算体积功。 途径Ⅰ
p 4p
1 1 W ) Ⅰ pe dV pe (V2 V1 ) pe nRT( p2 p1 1 1 5 110 1 8.314 300 ( ) 5 5 110 4 10
Q 2 T1
真热容:
C
Q
dT
由于Q不是状态函数,所以C也不是状态函数。
dU U 恒容热容: CV dT ( dT ) V ( T ) V 恒压热容: Cp Q p ( dH ) p ( H ) p dT dT T
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
三、第一定律的数学表达式
若某系统吸热QJ,对外做功WJ,则内能的变化为: ΔU=Q+W ——第一定律数学表达式 若为微小变化,则 dU=δQ+δW
例,某系统吸热500J,向环境做功300J,则:
ΔU=Q+W =500+(-300)=200(J)
上一内容 下一内容 回主目录
ΔH=ΔU+nRT
ΔH=ΔU+Δn(g)RT
返回
2015-7-1
1-7 热容
一、热容的定义和分类 二、CV和Cp的关系 三、热容与温度的关系
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
一、热容的定义和分类
1、定义:系统每升高1K所吸收的热量。 2、分类 平均热容: C T
1-5 热力学第一定律和内能
一、第一定律的文字表述 二、内能(热力学能) 三、第一定律的数学表达式
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
一、第一定律的文字表述
1、能量守恒 能量不能无中生有,也不会无形消失。但可以从 一种形式转换为另一种形式。
如著名的热功当量:1cal=4.184J
即恒容过程中,QV在数值上等于ΔU。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
二、等压过程热Qp和焓H
条件:W’=0 , p1=p2=pe ΔU=Q+W=Qp-pe(V2-V1) 或 Qp=U2-U1+peV2-peV1 =(U2+p2V2)-(U1+p1V1)
def
H = U + pV
5
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
二、最大功
途径Ⅲ
=-
p +dp 4p 4p -dp 外压与内压只相差无穷小,即pe=pi-dp
p
WⅢ pe dV ( pi dp)dV
V1 V1
V2
V2
nRT V2 p1 pi dV dV nRT ln nRT ln V1 V1 V V1 p2 4 105 1 8.314 300 ln 3458 (J) 5 110
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
1-3 热和功
三、热和功不是状态函数 热和功是与过程有关的物理量,无过程则无Q和 W,所以Q、W不是状态函数,微小变化不能写作 dQ、dW,而应写为δQ,δW。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
1-4 功的计算、可逆过程和最大功
H称为焓,状态函数,广度性质,能量单位。 ∴Qp=H2-H1=ΔH 即恒压过程中,Qp在数值上等于ΔH。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
三、任意过程ΔH的求算
H是系统的状态性质,任意过程皆有 H! ΔH=ΔU+Δ(pV) 1、理想气体变温过程 pV=nRT ΔH=ΔU+nRΔT 2、相变过程(恒温恒压) 若始态为凝聚相,终态为气相,则 Δ(pV)=pV2-pV1≈pV2=nRT 3、化学反应过程(恒温恒压) Δ(pV)=Δn(g)RT
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
一、系统和环境
系统和环境举例:
密闭系统
绝 热 壁 敞开系统
水蒸气 水
孤立系统
系统与环境之间有实际的或想象的界面
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
二、系统的性质
系统具有的T、p、V、n、U、H、S、G等都是系统 固有的热力学性质,简称系统的性质。它们可分为两 类:
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
1-2 热力学基本概念
一、系统和环境
二、系统的性质 三、状态和状态函数 四、过程与途径
五、热力学平衡系统
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
一、系统和环境
1、系统:人们研究的对象称之。亦称体系。 2、环境:系统以外与系统有关的部分称之。 3、系统分类: (1)敞开系统:系统和环境之间既有物质传递 又有能量传递; (2)封闭系统:系统和环境之间没有物质传递 但有能量传递; (3)隔离系统:系统和环境之间既无物质传递 又无能量传递。
二、最大功
途径Ⅲ
p1
p2
可逆膨胀功 可逆压缩功 -p ∫p V ∫ dd V
V1
上一内容 下一内容 回主目录
V2
返回
2015-7-1
三、可逆过程
某过程进行以后,若系统和环境都能恢复原状而不 留下任何其他变化,则称该过程为热力学可逆过程, 简称可逆过程。 若将前述过程沿各自途径构成循环,此时 WⅠ总= -1870J+7480J=5610J,QⅠ总= -5610J WⅡ总= -2494J+4988J=2494J,QⅡ总=-2494J WⅢ总= -3459J+3458J=0, Q Ⅲ总= 0 前两个循环在系统恢复原状的同时,环境没有恢复 原状(失功得热),这两个途径为不可逆过程。 显然第三个途径构成的过程为可逆过程。
第一章
热力学第一定律
p1
定温可逆
绝热可逆
p2
绝热恒外压
恒外压
V1
上一内容 下一内容 回主目录
V2’ V2’’
V2
返回
2015-7-1
目 录
1-1 热力学研究的目的、对象、方法和局限性 1-2 1-4 1-5 1-6 1-7 热力学基本概念 1-3 热和功 功的计算、可逆过程和最大功 热力学第一定律和内能 等容过程热、等压过程热和焓 热容 1-8 焓与温度的关系
p p dp dT dV T V V T
p T V 1 T V V p p T
回主目录
返回
2015-7-1
四、过程和途径
1、概念:系统从始态变化到终态的经过称为过程; 完成过程的具体步骤称为途径。 2、过程分类 (1)理想气体简单状态变化过程 等温过程:T2=T1=Tex 等压过程:p2=p1=pex 等容过程:V2=V1 绝热过程:过程中,系统和环境没有热交换 循环过程:从始态出发,变化后又回到始态 (2)相变过程:系统物态发生变化 (3)化学变化过程:
1、广延性质:其数值与系统中物质的数量成正比, 如V、n、U、H、S、G等。
2 、强度性质:其数值与系统中物质的数量无关, 如T、p、ρ、Vm 等。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
三、状态和状态函数
1、状态:系统物理性质和化学性质的综合表现。系 统的状态用系统的热力学性质来描述。 当系统的状态一定时,其状态性质皆有确定值。 2、状态函数:描述系统状态的热力学性质之间都具 。 有某种函数关系,因此系统的性质又称为状态函数。 如理想气体状态方程:pV=nRT 但有些关系尚未找出。
= -1870(J)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2015-7-1
二、最大功
途径Ⅱ
2p
p
4p
WⅡ=W1 +W2
1 1 2 10 1 8.314 300 ( ) 5 5 2 10 4 10 1 1 5 1 10 1 8.314 300 ( ) 5 5 1 10 2 10 =-2494(J)
一、体积功的计算 二、最大功 三、可逆过程
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
一、体积功的计算
圆筒内盛理气,带一理想活塞(无摩擦无重量) dl
理气
dl
理气
膨胀时活塞上移dl, 系统作功为: δW=-fedl=-peAdl =-pedV
压缩时活塞下移dl, 系统作功为: δW=fe(-dl)=-peAdl =-pedV
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
1-3 热和功
一、概念 1、热:系统和环境之间由于温度差而传递的能量。 符号Q,单位J或kJ,“吸正放负” 2、功:系统和环境之间除热以外传递的能量,符 号W,单位J或kJ,“得正做负”。 二、功的分类 1、体积功:因体积变化而做的功称之,符号W 2、非体积功:除体积功以外的其他功称之,符号 W’,如表面功、电功、机械功等。
返回
上一内容
下一内容
回主目录
2015-7-1
1-6 等容过程热、等压过程热和焓
一、等容过程热Qv 二、等压过程热Qp和焓H 三、任意过程ΔH的求算
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2015-7-1
一、等容过程热Qv
热是与过程有关的物理量。 恒容条件下,系统不做其他功时,有 W’=0,dV=0 ,δW=0 dU=δQ+δW=δQV 积分得 ΔU=QV