材料物理化学教学课件PPT
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材料物理与化学
Cv pn 9 R
0
e 1 d
2
在很低和较低的温度时，热容与绝对 温度的三次方成正比。在德拜温度以上， 热容基本不变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.3.2 声子平均速度与温度的关系
声子速度与弹性模量和密度有关，温度 对它们有影响，但影响不大。可以近似认 为与温度无关。
2.3.3 声子平均自由程与温度的关系
2.4 光子导热机理 较高频率的电磁辐射所产生的导热过程 称为光子导热。 1 pt Cv pt V pt l pt 3
速度和平均自由程不变。热容与温度三 次方成正比，但只有到温度足够时才比较 显著。
3. 各类材料的导热性能
各类材料的导热性能是该种材料中各 种微观粒子导热——分子导热、电子导热、 声子导热和光子导热的总和。所以所有材 料导热系数的通式可表示为：
T>>T*时
3 * 2 3 1 T Cve 1 R 2 6 2 T
其中，T*为自由电子的特性温度
2.2.2 电子平均速度与温度的关系
电子的平均速度依赖于电子的动能。电 子的动能Ee为：
1 2 RT 2 Ee 1 4
2.2.4 电子导热与温度的关系
（1）很低温度 平均速度与温度无关，平均自由程与温 度无关，热容与温度成正比。所以导热系 数与温度成正比。 （2）中等温度 电子运动的平均速度仍为常数，热容也 仍与温度成正，平均自由程与温度成反比。 所以中等温度时导热系数不随温度变化， 接近一常数。
（3）很高温度 电子运动平均速度与温度的平方根成正 比，平均自由程与温度成反比，热容接近一 常数。所以导热系数随着温度增加而略有减 小。
0
e 1 d
2
在很低和较低的温度时，热容与绝对 温度的三次方成正比。在德拜温度以上， 热容基本不变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.3.2 声子平均速度与温度的关系
声子速度与弹性模量和密度有关，温度 对它们有影响，但影响不大。可以近似认 为与温度无关。
2.3.3 声子平均自由程与温度的关系
2.4 光子导热机理 较高频率的电磁辐射所产生的导热过程 称为光子导热。 1 pt Cv pt V pt l pt 3
速度和平均自由程不变。热容与温度三 次方成正比，但只有到温度足够时才比较 显著。
3. 各类材料的导热性能
各类材料的导热性能是该种材料中各 种微观粒子导热——分子导热、电子导热、 声子导热和光子导热的总和。所以所有材 料导热系数的通式可表示为：
T>>T*时
3 * 2 3 1 T Cve 1 R 2 6 2 T
其中，T*为自由电子的特性温度
2.2.2 电子平均速度与温度的关系
电子的平均速度依赖于电子的动能。电 子的动能Ee为：
1 2 RT 2 Ee 1 4
2.2.4 电子导热与温度的关系
（1）很低温度 平均速度与温度无关，平均自由程与温 度无关，热容与温度成正比。所以导热系 数与温度成正比。 （2）中等温度 电子运动的平均速度仍为常数，热容也 仍与温度成正，平均自由程与温度成反比。 所以中等温度时导热系数不随温度变化， 接近一常数。
（3）很高温度 电子运动平均速度与温度的平方根成正 比，平均自由程与温度成反比，热容接近一 常数。所以导热系数随着温度增加而略有减 小。
物理化学幻灯片PPT课件
出现了2个方向，一个是用反应速率来测定亲和力，一个是用反应热效应来度量亲和力。前一个方向就导致
质量作用定律的发现，后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
（认识到数量对反应结果的影响）
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
（认识到化学反应中的质量效应）
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后，热质说才逐渐被 科学界摈弃。
2021
12
热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯：出生于日内瓦，在俄国长 1836年，瑞士化学家
大并且接受了医学教育，他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果，并
多反应的热效应，总
将其称为‘总热量守恒定律’，
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
（第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式） （全面阐释质量作用定律）
2021
10
第二部分
热化学和 热力学基本定律
2021
11
从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年，拉普拉斯和拉瓦锡，在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究，由于受到 热质说的影响，这方面
1853年，英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式，‘能’这一术语被广泛接受。
2021
15
热力学第二定律的确立
1824年，法国工程师卡诺，通过对热机的分析得出：热机 必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。
质量作用定律的发现，后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
（认识到数量对反应结果的影响）
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
（认识到化学反应中的质量效应）
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后，热质说才逐渐被 科学界摈弃。
2021
12
热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯：出生于日内瓦，在俄国长 1836年，瑞士化学家
大并且接受了医学教育，他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果，并
多反应的热效应，总
将其称为‘总热量守恒定律’，
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
（第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式） （全面阐释质量作用定律）
2021
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第二部分
热化学和 热力学基本定律
2021
11
从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年，拉普拉斯和拉瓦锡，在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究，由于受到 热质说的影响，这方面
1853年，英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式，‘能’这一术语被广泛接受。
2021
15
热力学第二定律的确立
1824年，法国工程师卡诺，通过对热机的分析得出：热机 必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。
材料物理化学9
这时候存在两种情况： （1）当热起伏较小时，形成的颗粒太小，新生相 的颗粒度愈小其饱和蒸汽压和溶解度都大，会蒸发 或溶解而消失于母相，而不能稳定存在。 我们将这种尺寸较小而不能稳定长大成新相的区域 称为核胚 核胚。 核胚 （2） 热起伏较大，界面对体积的比例就减少，当 热起伏达到一定大小时，系统自由焓变化由正值变 为负值，这种可以稳定成长的新相称为晶核 晶核。 晶核
一、晶核生长 （一） 晶核形成的热力学条件
均匀单相并处于稳定条件下的熔体或溶液，一 旦进入过冷却或过饱和状态，系统就具有结晶的趋 向。 △G=△G体（-）+△G表（+）=V△GV+AγLS (1) △ ） △ ） 设恒温、恒压条件下，从过冷液体中形成的新 相呈球形，球半径为r，
4 3 ∆Gr = πr ∆GV + 4πr 2γ LS 3
（三） 非均态成核速率
多数相变是不均匀成核， 多数相变是不均匀成核，即成核在异相的容器 界面、异体物质(杂质颗粒 杂质颗粒)上 内部气泡等处进行。 界面、异体物质 杂质颗粒 上、内部气泡等处进行。 如图5所示，核是在和液体相接触的固体界面上 图 生成的。这种促进成核的周体表面是通过表面能的 作用使成核的势垒减少的。
这就是晶体生长速率方程。引入扩散系数D 的表示 公式，简化得：
f ∆S∆T ∆G u = − × D× = −AD λ KT KT
结论： 结论：
生长速率u与扩散有关。如图6所示。 1）温度越低，扩散系数越小，生长速率也就越小， 并趋于零。所以当过冷度大，温度远低于平衡温 度Tm时，生长速率是扩散控制的。 2）当温度接近于Tm时，扩散系数变大，这时，u 值主要决定于两相的自由焓差△G 。当T=Tm时， △G=0，u=0。因此，生长速率在低于Tm的某个 温度，会出现极大值。不过，这个温度总是高于 具有最大成核速率的温度。
《材料物理化学》PPT课件
材料是全球新技术革命的四大标志之一 （新材料技术、新能源技术、信息技术、 生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
第二章 多相反应过程 无机材料物理化学 教学课件
第二章 多相反应过程
1
第一节 引言
对陶瓷材料的合成，开始认为主要是通过固态物质间 的反应。对固态物质间的反应最早下的定义是:（泰曼）
结晶质的反应颗粒在无任何液相或者气相参与下相互 间直接作用进行的反应称为固相反应。 泰曼的观点可归纳为以下三点: (1)固态物质间的反应是直接进行的，气相或液相对过程没 有或不起重要作用。 (2)固相反应的开始温度远低于反应物的熔融温度或系统的 低共熔温度，而且不同物质的固相反应温度与其熔点Tm之 间存在着一定关系。
将反应混合物Fe2O3+ZnO加热到不同温度。然后迅速冷却 下来综合研究其状态，提出相界面上化学反应可分六个阶 段: 1. 隐两蔽种期不同粉料A，B混在一 起，颗粒之间仅仅是点接触(图 (a))，AB晶格中的质点是互相 分离的。经过加热以后，颗粒 之间接触更加紧密，由点接触 变成面接触(图b)。
8
第二节 多相反应机理
– 例如对于金属为0.3～0.4Tm，硅酸盐0. 8～0. 9Tm。
(3)当反应物之一存在有多晶转变时，则转变温度通常也是 反应开始变为显著之温度，这一规律称为海德华定律。
2
第一节 引言
➢ 随着研究的深入，发现许多固相反应的实际速度比泰曼理 论计算的结果为快。金斯特林格等人提出在固相反应中气 相和液相将起着很重要的作用。于是这一概念又发展为： 由结晶质反应物出发并获得结晶物质的产物，这过程中可 以出现气相和液相，并对反应的进程起到重要作用。
B表面上的离子移动相互接触，形成晶格极 不正常的化合物AB，但由于温度不够高， 离子没有能力扩散到对方晶格内部，这一 阶段各颗粒相互接触的表面处于一个混乱、 不稳定和疏松的状态，因此在宏观上表现 出极大的活性和吸附能力（图c）。
10
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第一节 引言
对陶瓷材料的合成，开始认为主要是通过固态物质间 的反应。对固态物质间的反应最早下的定义是:（泰曼）
结晶质的反应颗粒在无任何液相或者气相参与下相互 间直接作用进行的反应称为固相反应。 泰曼的观点可归纳为以下三点: (1)固态物质间的反应是直接进行的，气相或液相对过程没 有或不起重要作用。 (2)固相反应的开始温度远低于反应物的熔融温度或系统的 低共熔温度，而且不同物质的固相反应温度与其熔点Tm之 间存在着一定关系。
将反应混合物Fe2O3+ZnO加热到不同温度。然后迅速冷却 下来综合研究其状态，提出相界面上化学反应可分六个阶 段: 1. 隐两蔽种期不同粉料A，B混在一 起，颗粒之间仅仅是点接触(图 (a))，AB晶格中的质点是互相 分离的。经过加热以后，颗粒 之间接触更加紧密，由点接触 变成面接触(图b)。
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第二节 多相反应机理
– 例如对于金属为0.3～0.4Tm，硅酸盐0. 8～0. 9Tm。
(3)当反应物之一存在有多晶转变时，则转变温度通常也是 反应开始变为显著之温度，这一规律称为海德华定律。
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第一节 引言
➢ 随着研究的深入，发现许多固相反应的实际速度比泰曼理 论计算的结果为快。金斯特林格等人提出在固相反应中气 相和液相将起着很重要的作用。于是这一概念又发展为： 由结晶质反应物出发并获得结晶物质的产物，这过程中可 以出现气相和液相，并对反应的进程起到重要作用。
B表面上的离子移动相互接触，形成晶格极 不正常的化合物AB，但由于温度不够高， 离子没有能力扩散到对方晶格内部，这一 阶段各颗粒相互接触的表面处于一个混乱、 不稳定和疏松的状态，因此在宏观上表现 出极大的活性和吸附能力（图c）。
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材料物理化学固体中的扩散课件
材料物理化学 固体中的扩散
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1
• 1.空位扩散系数和间隙扩散 系数
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2
D 1 fr 2 6
Da02NV
• 1）.空位机构－空位扩散系数
• T下空位浓度 本征空位NV’+非本征空位NI
• T频下率N，Vν'0成 和n 功N 迁v跃 移e过活xp势化(垒能G 的ΔfG跃/m2迁有RT 频关)率ΔGν与f－空原位子形振成能动
• 试作出lnD-1/T图，为什么曲线有转折？
• 这便是由10于-11 两种扩散的活化能差异所致，弯 曲或转折相当于从受杂质控制的非本征扩散 向本征扩散的变化
10-13
1.00 1.20 1.40 1.60
103/T(K-1)
实测掺Ca2＋ NaCl的扩散系数－温度曲线
学习交流PPT
11
10－11
学习交流PPT
18
将[VM’’] 代入空位机制D表达式中，则得非化 学计量空位对金属离子空位扩散系数的贡献
D a02 NV D va 0 2 v0ex p ( R S m )ex p ( R H T m )N V
[V M '' ](1 4 )1 3P O 1 2 6ex p ( G 03 R T )
1.金属离子空位型
Fe1－xO（5-15％）
2.氧离子空位型
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16
• 1. 金属离子空位型 Fe1-xO 造成这种非化学计量空位的原因往往是
环境中氧分压升高迫使部分Fe2+、Ni2+、 Mn2+等二价过渡金属离子变成三价金属离 子，如：
2M M1 2O 2(g)O OV M '' 2M M •
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• 1.空位扩散系数和间隙扩散 系数
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D 1 fr 2 6
Da02NV
• 1）.空位机构－空位扩散系数
• T下空位浓度 本征空位NV’+非本征空位NI
• T频下率N，Vν'0成 和n 功N 迁v跃 移e过活xp势化(垒能G 的ΔfG跃/m2迁有RT 频关)率ΔGν与f－空原位子形振成能动
• 试作出lnD-1/T图，为什么曲线有转折？
• 这便是由10于-11 两种扩散的活化能差异所致，弯 曲或转折相当于从受杂质控制的非本征扩散 向本征扩散的变化
10-13
1.00 1.20 1.40 1.60
103/T(K-1)
实测掺Ca2＋ NaCl的扩散系数－温度曲线
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将[VM’’] 代入空位机制D表达式中，则得非化 学计量空位对金属离子空位扩散系数的贡献
D a02 NV D va 0 2 v0ex p ( R S m )ex p ( R H T m )N V
[V M '' ](1 4 )1 3P O 1 2 6ex p ( G 03 R T )
1.金属离子空位型
Fe1－xO（5-15％）
2.氧离子空位型
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• 1. 金属离子空位型 Fe1-xO 造成这种非化学计量空位的原因往往是
环境中氧分压升高迫使部分Fe2+、Ni2+、 Mn2+等二价过渡金属离子变成三价金属离 子，如：
2M M1 2O 2(g)O OV M '' 2M M •
材料物理化学性能一、二、三章
19 2013-5-14
试样质量m、温度T2 量热器热容q、 水的质量m0、比热容c0 、测量前水温T1 、 混合温度T3
测量时将试样投入量热器的水中，忽略量热 器与外界的热交换，按照热平衡原理
m0 c0 q T3 T1 C mT2 T3
2013-5-14
(1-15)
E T
CV ,m
C 上式表明， V，m 依指数规律随温度而变化，而不是从试验中 得出的按 T 3 变化的规律.导致这一差异的原因是爱因斯坦采用了 过于简化的假设.
E 3R e T
2
E T
(1-12)
忽略振动之间频率的差别是此模型在低温时不准确的原 因．德拜模型在这一方面作了改进，故能得到更好的结果。
(1)对于固体材料，热容与材料的组织结构 关系不大，见P141图 8-3 (2)相变时，由于热量的不连续变化，热容 出现突变。 (3)在室温以上不发生相变的温度范围，合 金的热容与温度间呈线性关系，一旦发生 相变，热容偏离直线规律，向下拐折。
17 2013-5-14
1.2热容的测量、热分析法的应用
将精确称重的待测试样由细线吊挂在加 热器中加热．加热后将待测试样迅速投入量 热器中进行测量．
混合法测量固体材料的比热容原理： 温度不同的物体混合之后，热量将由高温 物体传给低温物体．如果在混合过程中和 外界没有热交换，最后达到均匀稳定的平 衡温度，在此过程中，高温物体放出的热 量等于低温物体所吸收的热量，称为热平 衡原理．
10 2013-5-14
实验结果表明，材料的摩尔热容如下图1-1（P139图 8-2）所示，是随温度而变化的．
图1-1 NaCl的摩尔热容—温度曲线
试样质量m、温度T2 量热器热容q、 水的质量m0、比热容c0 、测量前水温T1 、 混合温度T3
测量时将试样投入量热器的水中，忽略量热 器与外界的热交换，按照热平衡原理
m0 c0 q T3 T1 C mT2 T3
2013-5-14
(1-15)
E T
CV ,m
C 上式表明， V，m 依指数规律随温度而变化，而不是从试验中 得出的按 T 3 变化的规律.导致这一差异的原因是爱因斯坦采用了 过于简化的假设.
E 3R e T
2
E T
(1-12)
忽略振动之间频率的差别是此模型在低温时不准确的原 因．德拜模型在这一方面作了改进，故能得到更好的结果。
(1)对于固体材料，热容与材料的组织结构 关系不大，见P141图 8-3 (2)相变时，由于热量的不连续变化，热容 出现突变。 (3)在室温以上不发生相变的温度范围，合 金的热容与温度间呈线性关系，一旦发生 相变，热容偏离直线规律，向下拐折。
17 2013-5-14
1.2热容的测量、热分析法的应用
将精确称重的待测试样由细线吊挂在加 热器中加热．加热后将待测试样迅速投入量 热器中进行测量．
混合法测量固体材料的比热容原理： 温度不同的物体混合之后，热量将由高温 物体传给低温物体．如果在混合过程中和 外界没有热交换，最后达到均匀稳定的平 衡温度，在此过程中，高温物体放出的热 量等于低温物体所吸收的热量，称为热平 衡原理．
10 2013-5-14
实验结果表明，材料的摩尔热容如下图1-1（P139图 8-2）所示，是随温度而变化的．
图1-1 NaCl的摩尔热容—温度曲线
《物理化学》PPT课件
2
完整版课件ppt
3
OA 是气-液两相平衡线 即水的蒸气压曲线。它 不能任意延长，终止于临界点。临界点 T=647K, p=2.2×107Pa，这时气-液界面消失。高于临界温度， 不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线，理论上可 延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线 当C点延长至压力大于
属于此类的体系有：H 2O-HN 3,H 2 O O-H等C。l在标 准压力下，H2O-HC的l 最高恒沸点温度为381.65 K， 含HCl 20.24，分析上完整常版课用件pp来t 作为标准溶液。 20
杠杆规则 Lever Rule
在p-x图的两相区，物系点O代表了体系总的 组成和温度。
通过O点作平行于横坐标 的等压线，与液相和气相线分 别交于M点和N点。MN线称 为等压连结线（tie line）。
如图所示，是对拉乌尔 定律发生正偏差的情况，虚 线为理论值，实线为实验值。 真实的蒸气压大于理论计算 值。
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15
如图所示，是 对拉乌尔定律发生 负偏差的情况，虚 线为理论值，实线 为实验值。真实的 蒸气压小于理论计 算值。
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16
2. p-x图 和 T-x图 对于二组分体系，K=2，f =4-Φ。φ至少为1，
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25
精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热 区，温度最高；塔顶温 度最低。
精馏结果，塔顶 冷凝收集的是纯低沸 点组分，纯高沸点组 分则留在塔底。
精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式精馏
塔的示意图。
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26完整版课件ppt来自27体系自身确定。
H2O的三相点温度为 273.16 K，压力为
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热量Q：由于系统和环境间存在温度差而传 递的能量。
功 W：除热量外，以其他形式在系统与环 境之间传递的能量。
大学物理: dQ =dE +dA
缺点：物理测量未考虑；数学性质未区分。
内能＝内在动能＋内在势能
动能：分子(原子)振动能、平动能或转动能。 动能都是正的。
1.固态必有振动能，但无平动能； 2.液态必有振动能和平动能； 3.气态必有平动能，当分子由双原子及以上
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第2章 热力学第一定律
§2.1 热力学第一定律 §2.2 功的计算 §2.3 两个气体实验 §2.4 热容与热的计算 §2.5 热力学第一定律在转变与相变中的应用 §2.6 热化学
§2.1 热力学第一定律
ΔU = Q +W dU=Q +W
内能U：系统内在动能与内在势能的总和， 也称热力学能。
组成时，才可能有转动能和振动能。
势能：结合能(即各种键的键能)，都是负的。 结论：动能：运动越剧烈，形式越多，动能越高；
势能：原子、分子结合越好，势能越低。 内能：固体<液体<气体；分子态<原子态
内能的数学性质(有全微分→足够好)
1内能是二元函数 U=U(T, V) U=U(T, p) U=U(p, V) U=U(S, V)
V
U T
V
T
T
U V
T
V
热力学第一定律的基本框架
计算体积功W 计算热量Q
确定内能ΔU，并联系微观状态的变化
§2.2 功的计算
1. 功的分类
体积功W ：体积改变反抗外力做的功。(2个要素) 非体积功W΄：体积功之外的其他功(电功、表面功等)。
2. 体积功计算式
W pambdV
373
Q CdT 4690 969 5659J 273
只计算第一项的相对误差：17.1%。
气体热容特点
定压热容 > 定容热容
定容热容：CV
QV
dT
U T
V
定压热容： C p
QpdTH T Nhomakorabeap适用对象：没有相变和化学反应，W’=0的均
相封闭系统。(5个要素)
W正负的规定：体积膨胀为负，反之为正。
体积功分类：
1凝聚态体积功：W≈0 2气体体积功：
1)理想气体平衡过程 等温、等压、等容(W=0)、等熵(绝热可逆) 2)理想气体非平衡过程 自由膨胀、等温恒外压、绝热恒外压 3)非理想气体 参照理想气体(关键是状态方程)
凝聚态的特点
它通常作为与气体“对立”的概念 体积小：Al 1:22700；H2O 1:1720 大气压影响通常可忽略(特别是固体) 体积功基本可忽略
理想气体平衡过程功的计算公式
1.恒温过程
W
V2
pdV
V2
nRT dV
nRT
ln V2
V1
V V1
V1
2.恒压过程( p1=p2=pamb，记为p)
V2
V2
W pdV p dV p(V2 V1)
V1
V1
3.恒容过程(W=0)
4.绝热过程 p1V1 p2V2 p p1V1 /V
dT
凝聚态热容特点
1 通常只与温度有关，不考虑压力影响 2 常用表达式有
Cp,m = a + bT + cT2
注意：1数据的适用温度范围；2物质的物态。
例
求1mol某物质从0℃加热到100℃时吸收的热量， 同时计算只取热容的常数项所带来的误差。已知
C 46.9 30103T (J/mol K) 解
2内能函数的所有一阶偏导数连续(因此全微分存在)
dU U dT U dV
T V
V T
dU
U T
p
dT
U p
T
dp
dU
U p
V
dp
U V
p
dV
dU
U S
V
dS
U V
S
dV
3对U=U(T, V) ，它的二阶混合偏导连续且满足下式，
因此第二类曲线积分与路径无关。
结果推论
1 U=0，(热力学第一定律) 2 对理想气体，U=U(T)
说明(针对教材P43式2.2.2)
对pg，U=U(T)的数学证明见第3章。
U=U(T)的物理解释
理想气体没有势能，内能仅由动能构成。 根据大学物理知识，理想气体的动能仅取决于 温度。体积的增大仅使分子间距离增大，压力 减小，但对内能不产生影响。
热力学第一定律在节流过程的应用
Q 0 U W U2 U1 p1V1 p2V2 U2 p2V2 U1 p1V1
def
H = U + pV
因此：H2=H1 。H称为焓，是新的热力学函数。
结论：
节流膨胀是恒焓过程，H＝0
焓的特点
1.理想气体焓只是温度的函数
根据定义 H=U+pV 因为理想气体：1 pV＝nRT, 2 U=f (T) 所以 H=f (T)
2.焓变ΔH等于恒压过程热Qp
恒压过程特点： p=pamb=常数
Qp=ΔU－W=ΔU＋pΔV =U2－U1＋p(V2－V1)=H2－H1=ΔH
§2.4 热容与热的计算
热容基本定义：
系统在不发生相变或化学反应，且不做非 体积功时，每升高1K所吸收的热量。符号 为C，数值为正，单位为JK-1。
C Q
课程简介－－重要、很难
课程地位：最重要的专业课之一 先修课程：高数、物理、大学化学 课程特点：理论性与实践性都很强
要求：概念、理解、交流
注重物理概念，搞清数学计算背后的含义 建立形象化的概念 记忆关键数据(为了深入认识概念) 掌握学习方法(概念的学习)
上课程序
PPT讲解，速度较快－－听清思路 难题、重要题讲解－－不懂就问 大家呈现问题－－来自做作业、看书
推论
实际气体等温膨胀时，内能增加。 －－参考教材图1.1.1
2. Joule－Thomson实验
过程特点
1 绝热；2 p2 < p1 (膨胀过程)；3 T2一般小于T1 (制冷)
节流膨胀过程做功分析
1 系统选择：左侧被压缩(右侧膨胀)的气体 2 W = 左侧压缩功－右侧膨胀功
= － p1(0 － V1) － p2(V2 － 0) = p1V1 － p2V2
W
V2
V1
pdV
p1V1
V2 V1
1 V
dV
p2V2 p1V1
1
理想气体非平衡过程功的计算
1.自由膨胀过程
W 0
2.等温恒外压过程
W pamb V2 V1
3.绝热非平衡过程(§2.5中介绍)
§2.3 两个气体实验
1. Joule实验－－pg真空膨胀
实验结果
1 水的温度不变，因此Q=0； 2 W=0，(真空膨胀)
功 W：除热量外，以其他形式在系统与环 境之间传递的能量。
大学物理: dQ =dE +dA
缺点：物理测量未考虑；数学性质未区分。
内能＝内在动能＋内在势能
动能：分子(原子)振动能、平动能或转动能。 动能都是正的。
1.固态必有振动能，但无平动能； 2.液态必有振动能和平动能； 3.气态必有平动能，当分子由双原子及以上
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第2章 热力学第一定律
§2.1 热力学第一定律 §2.2 功的计算 §2.3 两个气体实验 §2.4 热容与热的计算 §2.5 热力学第一定律在转变与相变中的应用 §2.6 热化学
§2.1 热力学第一定律
ΔU = Q +W dU=Q +W
内能U：系统内在动能与内在势能的总和， 也称热力学能。
组成时，才可能有转动能和振动能。
势能：结合能(即各种键的键能)，都是负的。 结论：动能：运动越剧烈，形式越多，动能越高；
势能：原子、分子结合越好，势能越低。 内能：固体<液体<气体；分子态<原子态
内能的数学性质(有全微分→足够好)
1内能是二元函数 U=U(T, V) U=U(T, p) U=U(p, V) U=U(S, V)
V
U T
V
T
T
U V
T
V
热力学第一定律的基本框架
计算体积功W 计算热量Q
确定内能ΔU，并联系微观状态的变化
§2.2 功的计算
1. 功的分类
体积功W ：体积改变反抗外力做的功。(2个要素) 非体积功W΄：体积功之外的其他功(电功、表面功等)。
2. 体积功计算式
W pambdV
373
Q CdT 4690 969 5659J 273
只计算第一项的相对误差：17.1%。
气体热容特点
定压热容 > 定容热容
定容热容：CV
QV
dT
U T
V
定压热容： C p
QpdTH T Nhomakorabeap适用对象：没有相变和化学反应，W’=0的均
相封闭系统。(5个要素)
W正负的规定：体积膨胀为负，反之为正。
体积功分类：
1凝聚态体积功：W≈0 2气体体积功：
1)理想气体平衡过程 等温、等压、等容(W=0)、等熵(绝热可逆) 2)理想气体非平衡过程 自由膨胀、等温恒外压、绝热恒外压 3)非理想气体 参照理想气体(关键是状态方程)
凝聚态的特点
它通常作为与气体“对立”的概念 体积小：Al 1:22700；H2O 1:1720 大气压影响通常可忽略(特别是固体) 体积功基本可忽略
理想气体平衡过程功的计算公式
1.恒温过程
W
V2
pdV
V2
nRT dV
nRT
ln V2
V1
V V1
V1
2.恒压过程( p1=p2=pamb，记为p)
V2
V2
W pdV p dV p(V2 V1)
V1
V1
3.恒容过程(W=0)
4.绝热过程 p1V1 p2V2 p p1V1 /V
dT
凝聚态热容特点
1 通常只与温度有关，不考虑压力影响 2 常用表达式有
Cp,m = a + bT + cT2
注意：1数据的适用温度范围；2物质的物态。
例
求1mol某物质从0℃加热到100℃时吸收的热量， 同时计算只取热容的常数项所带来的误差。已知
C 46.9 30103T (J/mol K) 解
2内能函数的所有一阶偏导数连续(因此全微分存在)
dU U dT U dV
T V
V T
dU
U T
p
dT
U p
T
dp
dU
U p
V
dp
U V
p
dV
dU
U S
V
dS
U V
S
dV
3对U=U(T, V) ，它的二阶混合偏导连续且满足下式，
因此第二类曲线积分与路径无关。
结果推论
1 U=0，(热力学第一定律) 2 对理想气体，U=U(T)
说明(针对教材P43式2.2.2)
对pg，U=U(T)的数学证明见第3章。
U=U(T)的物理解释
理想气体没有势能，内能仅由动能构成。 根据大学物理知识，理想气体的动能仅取决于 温度。体积的增大仅使分子间距离增大，压力 减小，但对内能不产生影响。
热力学第一定律在节流过程的应用
Q 0 U W U2 U1 p1V1 p2V2 U2 p2V2 U1 p1V1
def
H = U + pV
因此：H2=H1 。H称为焓，是新的热力学函数。
结论：
节流膨胀是恒焓过程，H＝0
焓的特点
1.理想气体焓只是温度的函数
根据定义 H=U+pV 因为理想气体：1 pV＝nRT, 2 U=f (T) 所以 H=f (T)
2.焓变ΔH等于恒压过程热Qp
恒压过程特点： p=pamb=常数
Qp=ΔU－W=ΔU＋pΔV =U2－U1＋p(V2－V1)=H2－H1=ΔH
§2.4 热容与热的计算
热容基本定义：
系统在不发生相变或化学反应，且不做非 体积功时，每升高1K所吸收的热量。符号 为C，数值为正，单位为JK-1。
C Q
课程简介－－重要、很难
课程地位：最重要的专业课之一 先修课程：高数、物理、大学化学 课程特点：理论性与实践性都很强
要求：概念、理解、交流
注重物理概念，搞清数学计算背后的含义 建立形象化的概念 记忆关键数据(为了深入认识概念) 掌握学习方法(概念的学习)
上课程序
PPT讲解，速度较快－－听清思路 难题、重要题讲解－－不懂就问 大家呈现问题－－来自做作业、看书
推论
实际气体等温膨胀时，内能增加。 －－参考教材图1.1.1
2. Joule－Thomson实验
过程特点
1 绝热；2 p2 < p1 (膨胀过程)；3 T2一般小于T1 (制冷)
节流膨胀过程做功分析
1 系统选择：左侧被压缩(右侧膨胀)的气体 2 W = 左侧压缩功－右侧膨胀功
= － p1(0 － V1) － p2(V2 － 0) = p1V1 － p2V2
W
V2
V1
pdV
p1V1
V2 V1
1 V
dV
p2V2 p1V1
1
理想气体非平衡过程功的计算
1.自由膨胀过程
W 0
2.等温恒外压过程
W pamb V2 V1
3.绝热非平衡过程(§2.5中介绍)
§2.3 两个气体实验
1. Joule实验－－pg真空膨胀
实验结果
1 水的温度不变，因此Q=0； 2 W=0，(真空膨胀)