第七章 热力学基础课件ppt课件
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热力学基础学习课件PPT电子教案
V1 V2
Sp S l
功 A V2 pdV V2RT dV
V1
V1 V
RT ln V2
V1
RT ln p1
p2
吸收的热量
p
p1
T•1Ⅰ
p2
O V1
T2
•Ⅱ
V2 V
Q A RT ln V2 RT ln p1
V1
p2
在等温膨胀过程中,理想气体吸收的热量全部用来
对外作功,在等温压缩中,外界对气体所的功,都转
Xi’an Jaotong University
CV
lim ( QV T 0 T
) lim ( E V T 0 T
)
(
d d
E T
)
V
定压摩尔热容 Cp
Cp
lim
T 0
E
pV T
(dE ) dT
p
p(dV dT
)p
3. 热量计算 dQ C xdT
Q
T2 T1
Cx
dT
（一般情况下 C x 是温度的函数）
温线陡一些。
O
Xi’an Jaotong University
泊松方程
绝热线
A• 等温线
V
3. 绝热过程中功的计算
A (E2 E1) CV (T2 T1)
A
V2 pdV
V1
V2 V1
p1V1
dV V
1
1
(
p1V1
p2V2 )
A
R 1
(T2
T1
)
Q0
E A
绝热过程中,理想气体不吸收热量,系统减少的内能,等 于其对外作功。
是一种稳定态,而不是平衡态； 高温T1
大学物理热力学基础PPT课件
传热的微观本质是分子的无规则运动能量从高 温物体向低温物体传递。热量是过程量
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
15
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
15
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
材料基础-第七章热力学及其相图xPPT课件
因而，任何一个由A、B二组元组成的合 金，其成分都可以在横坐标上找到，合金的成 分可以用质量分数w（％）表示。
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5
图7－1 三个不同类型的二元相图
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6
一定成分的合金在加热、冷却时，相图上 表示的是与温度线平行的纵向线的上下移动， 曲线交点是该合金从一种相的组成状态转变为 另一种相的组成状态时的温度，称为临界点或 临界温度，见图7－2。
2. 合金的结晶过程
以合金I为例，讨论合金的结晶过程。
当 合 金 自 高 温 液 态 缓 慢 冷 却 至 液 相 线 上 t1 温度时，开始从液相中结晶出固溶体a，此时a
的成分为a1。随温度的下降，固溶体a量逐渐增
多，剩余的液相L量逐精选渐PPT减课件 少。
15
当温度冷却至t2时，固溶体的成分为a2，液 相的成分为l2；当最后一滴成分为l4的液相也转 变为固溶体时完成结晶，此时固溶体成分为合
二元合金中，如Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、 Fe-Ni及W-Mo等属此类相图。
以Cu-Ni合金相图为例进行分析。
1. 相图分析 图7-4为Cu-Ni合金的均晶相图。 图中只有两条曲精线选PP，T课件其中曲线Al1B称为1液3
相线，是各种成分Cu-Ni合金冷却时开始结晶 或加热时结束熔化温度的连结线。
10
固液两相的质量和等于合金总质量Q0 , 即
Q0 ＝ QL ＋ Qa
（7－4）
设液相中镍的质量分数为
w
L Ni
、固相中镍的
质量为 w
Ni
,
合金中镍的质量分数为
w
o Ni
，则
QowN o iQLwN L iQwNi(QoQ).wN L iQwNi
热力学基础PPT课件
1. 热力学过程 2. 热力学系统的状态随时间发生变化 3. 的过程。 4. ——实际过程的中间态为非平衡态。
1
2
1
p (pA,VA,TA) 2
2. 准静态过程 状态变化过程进行得非常缓慢，以
至于过程中的每一个中间状态都近似 于平衡态。
——平衡过程——理想过程！
准静态过程的过程曲线可以用p-V 图来描述，图上的每一点分别表示系 统的一个平衡态。
dl
dWpS dl pdV
W V2 pdV V1
p-V图 p (pA,VA,TA)
结论：系统所做的功在数热值力上学等基于础p-V 图上过程曲线以下的面积。 热力学系统作功的本质：
无规则的分子热运动与有规则的机 械运动之间的能量转化。
功是过程量 系统对外作功 ：W0
外界对系统作功 ：W0
(pB,VB,TB)
1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
Cp
1
dQ dT
p
c 1 dQ m dT
单位： JK1kg1
（3）Cv,和Cp,的关系
实验证明： Cp CV R
3、摩尔热容(Molar specific heat)：
1摩尔物质的热容量。
C
1
dQ dT
i 表示不同的过程
令 Cp CV
EEk(T)
m M
i 2
RT
T
(3)分子内部、原子内部运动的能量；
——是温度的单值函数
(4)电场能、磁场能等。
T 不太高时，系统状态变化主要由:
热运动的能量
E m i RT
M2
（
分子间势能的变化
内能变化E只与初末状态有关，
1
2
1
p (pA,VA,TA) 2
2. 准静态过程 状态变化过程进行得非常缓慢，以
至于过程中的每一个中间状态都近似 于平衡态。
——平衡过程——理想过程！
准静态过程的过程曲线可以用p-V 图来描述，图上的每一点分别表示系 统的一个平衡态。
dl
dWpS dl pdV
W V2 pdV V1
p-V图 p (pA,VA,TA)
结论：系统所做的功在数热值力上学等基于础p-V 图上过程曲线以下的面积。 热力学系统作功的本质：
无规则的分子热运动与有规则的机 械运动之间的能量转化。
功是过程量 系统对外作功 ：W0
外界对系统作功 ：W0
(pB,VB,TB)
1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
Cp
1
dQ dT
p
c 1 dQ m dT
单位： JK1kg1
（3）Cv,和Cp,的关系
实验证明： Cp CV R
3、摩尔热容(Molar specific heat)：
1摩尔物质的热容量。
C
1
dQ dT
i 表示不同的过程
令 Cp CV
EEk(T)
m M
i 2
RT
T
(3)分子内部、原子内部运动的能量；
——是温度的单值函数
(4)电场能、磁场能等。
T 不太高时，系统状态变化主要由:
热运动的能量
E m i RT
M2
（
分子间势能的变化
内能变化E只与初末状态有关，
热力学基础PPT课件
热力学基础PPT课件
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
大学化学热力学基础ppt课件
01
耗散结构理论
研究非平衡态系统中自组织现象的理论 框架，探讨系统如何通过自组织形成有 序结构。
02
03
协同学
研究非平衡态系统中各部分之间协同 作用的理论，揭示系统如何通过协同 作用实现自组织过程。
谢谢聆听
03
开放系统
与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
热力学平衡态与过程
平衡态
在不受外界影响的条件下，系统各部 分的宏观性质不随时间变化的状态。
热力学过程
系统由一个平衡态转变到另一个平衡 态的经过。
热力学第一定律
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。
热力学温度
热力学温标所表示的温度叫做热力学温度，用T表示， 单位是开尔文（K）。
焓变与熵变
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
03
热化学方程式的书写与计算
04
生成焓与燃烧焓的概念及应用
盖斯定律及应用
盖斯定律的内容与意义 利用盖斯定律计算反应热
热化学方程式的加和与相 减
盖斯定律在工业生产中的 应用
化学反应方向判据
焓变与熵变对反应方向 的影响
沉淀溶解平衡与溶度积 常数
01
02
03
自由能变化与反应方向 的关系
04
影响沉淀溶解平衡的因 素
实际循环效率分析
循环效率定义
评价热机或制冷机性能的重要指标，表示有用功与输入功的比值。循环效率越高，表示 机器性能越好。
傅献彩第五版物理化学ppt课件第07章统计热力学基础[1]
![傅献彩第五版物理化学ppt课件第07章统计热力学基础[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f8e0c2922dc58bd63186bceb19e8b8f67c1cefb0.png)
ln N!
A V
T
,
N
p
p
NkT
ln q V
T ,N
G A pV
G非定位
kT
ln
qN N!
NkTV
ln q V
T ,N
§7.4 配分函数
配分函数与热力学函数的关系
(5)焓H
(6)定容热容CV
H U pV
U非定位
NkT 2
ln q T
V ,N
p
NkT
ln q V
T
U T
A定位 kNT ln
g ei / kT i
i
i
与不考虑简并度的公式相比，只多了 gi 项
非定位系统的Boltzmann最概然分布公式 Ni* N
g ei / kT i g ei / kT i
由此可见，定位系统与非定位系统，最概然的分i 布公式
是相同的。
非定位系统的熵和Helmholtz自由能的计算公式
物理化学电子教案—第七章
第七章 统计热力学基础
§7.1 概论 §7.2 Boltzmann 统计 §7.4 配分函数 §7.5 各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献 §7.7 分子的全配分函数 §7.8 用配分函数计算rGm 和反应的平衡常数
§7.1 概 论
统计热力学的研究方法和目的
统计热力学是宏观热力学与量子化学的桥梁。通过系统 粒子的微观性质（分子质量、分子几何构型、分子内及分子 间作用力等），利用分子的配分函数计算系统的宏观性质。 由于热力学是对大量粒子组成的宏观系统而言，这决定统计 热力学也是研究大量粒子组成的宏观系统，对这种大样本系 统，最合适的研究方法就是统计平均方法。
、V、N一定) 条件下对一切可能的微观运动状态所求的平均值
A V
T
,
N
p
p
NkT
ln q V
T ,N
G A pV
G非定位
kT
ln
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NkTV
ln q V
T ,N
§7.4 配分函数
配分函数与热力学函数的关系
(5)焓H
(6)定容热容CV
H U pV
U非定位
NkT 2
ln q T
V ,N
p
NkT
ln q V
T
U T
A定位 kNT ln
g ei / kT i
i
i
与不考虑简并度的公式相比，只多了 gi 项
非定位系统的Boltzmann最概然分布公式 Ni* N
g ei / kT i g ei / kT i
由此可见，定位系统与非定位系统，最概然的分i 布公式
是相同的。
非定位系统的熵和Helmholtz自由能的计算公式
物理化学电子教案—第七章
第七章 统计热力学基础
§7.1 概论 §7.2 Boltzmann 统计 §7.4 配分函数 §7.5 各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献 §7.7 分子的全配分函数 §7.8 用配分函数计算rGm 和反应的平衡常数
§7.1 概 论
统计热力学的研究方法和目的
统计热力学是宏观热力学与量子化学的桥梁。通过系统 粒子的微观性质（分子质量、分子几何构型、分子内及分子 间作用力等），利用分子的配分函数计算系统的宏观性质。 由于热力学是对大量粒子组成的宏观系统而言，这决定统计 热力学也是研究大量粒子组成的宏观系统，对这种大样本系 统，最合适的研究方法就是统计平均方法。
、V、N一定) 条件下对一切可能的微观运动状态所求的平均值
高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)
E i RT dE i RdT
2
2
CP
dQP dT
dQP
dE
PdV
i 2
RdT
RdT
PV RT d（PV） PdV VdP PdV RdT
14
单原子：i 3 双原子：i 5 多原子：i 6 二、三种等值过程
5
3
7
5
8
6
1.等容过程 特征：dV 0 dA 0
p
过程方程：
(1)状态d的体积Vd; (2)整个过程对外所做的功;
(3)整个过程吸收的热量.
p
2p1
c
解: (1)由绝热过程方程：
TcVc 1 TdVd 1
p1
ab
d
1
得：Vd
Tc Td
1
Vc
根据题意：
Td
Ta
p1V1 R
o v1 2v1
v
Vc 2V1
Tc
pcVc R
4 p1V1 R
4Ta
5
3
27
(2)整个过程对外所做的功;
真空
T
T0
2V0
∵绝热过程
(E E0） A 0
而 A=0
V0 1T0 （2V0） 1T T P0V0 P（2V0） P
E E0 （T T0）
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P
1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
i 2 1
1
i
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实际气体在一般T和较低P近似地看成理想气体
§7.3 功 热量 内能 热力学第一定律
一、内能
1. 定义：微观上
系统在一定状态下的能量
包括所有分子的动能EK与分子间的势能EP
E Ek Ep
E E(T,V )
理想气体： EP=0
E Ek
A
E EB EA
EA
B EB
2. 内能的性质
能量转化与守恒的定律。
对于任一元过程 dQ dE dA
热力学第一定律适用于 任何系统(气液固……) 的任何过程(非准静态过程也适用),
§7.4 准静态过程中功和热量的计算
一、准静态过程
系统从一个热力学状态 变化到另一个状态 ,称 为热力学过程。
汽缸
原平衡态
一系列 非平衡态
新平衡态
为什么要引入准静态过程的概念？
绝
热
壁
焦耳实验
实验结果——T— —系统的内能与温
度有关
E 是系统热力学状态的 单值函数，其变化可以 用系统绝热时，外界对 系统 所作的功来量度。
理想气体的内能是温 度的单值函数。
3. 内能的宏观定义
1
AaⅠ外 2
1
AaⅡ外 2
绝
热 壁
水
绝
热
水
壁
AaⅠ外
R
R I
AaⅡ外
实验：AaI外 AaII外 记 Aa12 与过程无关。
学习热力学的意义
1. 掌握自然界的基本规律 热一：能量守恒 热二：自然过程的方向
2. 学习唯象的研究方法（以实验为基础的 逻辑推理的研究方法）
3. 热能是重要的能源 4. 熵（S）的概念与“信息”密切相关
第7章 热力学
准静态过程 功 热量 热力学第一定律 热容 绝热过程 循环过程 卡诺循环
§7.1 热学的研究对象和研究方法 一、热学的研究对象和内容
▲ 对象： 宏观物体（大量分子原子系统） 或物体系 — 热力学系统 。
外界 系统
外界
▲内容： 与热现象有关的性质和规律。
热
现
象微 宏 观 观 上 上
说 说
是 是
与 与
温度T 有关； 热 运 动 有关 。
二、描述方法 1. 宏观描述
决定的宏观性质 ——温度
温标——温度的数值表示法 温度计——用来测量系统温度
定义理想气体温标 T，
水的三相点作为一个定标点 T 273.16K
t = T - 273.15
定标点： 水的冰点0 °C 水的沸点100 °C
四、理想气体状态方程
体的质量 M—气体的摩尔质量
体积—V：气体分子能自由活动的空间 温度—T：热物理学的状态量，反映物体的冷热程度
状态参量：描写系统平衡态的变量
平衡态？
二、平衡态
在不受外界影响的条件下，系统的宏观 性质不随时间改变的状态。
气体 真空
平衡态
注意： 1.平衡态是理想状态 2.不受外界的影响—孤立系统，与稳态不同
3.动态平衡
处在平衡态的系统内的大量分子仍在作热运动，每个分 子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间 改变。
传热是否可以改变系统 的热力学状态？
热量也是过程量。
外界
系统 ddQQ
传热的微观本质是： 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递。
三.热力学第一定律
实验结果：对于任一过程 Q E A
符号规定: Q > 0 系统吸热
E > 0 系统内能增加
A > 0 系统对外界作正功 另一叙述：第一类永动机 是不可能制成的。 热力学第一定律是反映热现象中
优点：可靠、普遍。 缺点：未揭示微观本质。
2.统计物理学—微观理论（初级理论为气体动理论)
物质的微观结构 + 统计方法
：可靠优性点、普:揭遍性示差了。热现象的微观本质。 缺点:受模型局限，普遍性较差。
宏观法与微观法相辅相成
§7.2 平衡态 理想气体状态方程
一、气体的状态参量—宏观量 压强—P：气体施加于器壁的正压力 1Pa=1N/m2 1atm=1.01325105Pa
定义： E2 E1 Aa12 （外界对系统作的功）
E2 E1 Aa12 （外界对系统作的功）
E Aa （Aa系统对外界作的功）
系统内能的增量等于系统对外界作的 绝热功的负值-------内能的宏观定
义。 真正要确定某系统内能的多少 要选定一个作参考的内能零点。
实际有意义的是 内能的差值
克拉珀龙方程 理想气体方程
—摩尔数
R 8.31(J / mol K ) 普适气体常数
N A 6.023 10 23 / mol
k R 1.38 10 23 J / K NA
pppVVnNN NKKTRTT A
理想气体：任何条件下都严格遵守克拉珀龙方程的气体
理想气体——实际气体在P0时的极限
准静态过程:一个过程，如果任一中间状态都无限 接近于平衡态，则此过程称为准静态过程。 --------“无限缓慢” -------- 理想化模型！
1.准静态过程的理论意义？ 2.准静态过程的实际意义？
实际气缸的压缩过程：可抽象成准静态压缩过程。 弛豫时间 :从平衡态破坏到新的平衡态建立 所需的时间。
三、 温度
1.热平衡
A
A、B 两系统用绝热板隔开
B
各自达到平衡态
A、B 两系统用传热板隔开
A
两系统各自的平衡态被破坏，最后
达到共同的新的平衡状态——热平衡
B
2.热力学第零定律
A
设 A 和 B、B 和 C 分别达到热平衡，
B
则 A 和 C 一定达到热平衡。
C
3.温度与温标
处于热平衡的物体应具有由一个共同的物理量所
从整体上描述系统的状态和属性。
宏观量：一般可以直接测量。如 P、V、T 等
2. 微观描述
描述系统内微观粒子的运动状态。
微观量：
一般不能直接测量。如分子的质量 m、速度 v 等。
宏观量是相应的微观量的统计平均值
三、热学的研究方法：
1.热力学—宏观理论
从宏观的实验规律出发 系统的各种宏观性质之间的联系
例如，实际气缸的压缩过程：
( T )过程～0.1秒
～L/v = 0.1米/100（米/秒） = 0.001秒
二、热量
绝 热 壁
Q T 恒温热源
A外=0 A非保内=0 TE
外界对系统输入 能量——热量。
改变系统的热力学状态的途径：
（1） A外 E——宏观有规则的能 量转变成微观无规则的能量.
（2） Q E——一个系统的微观无 规则的能量，转变成另一个系统 的微观无规则的能量.
热量是通过温度差传递的能量。