物理化学简明教程第四版 ppt课件
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热力学第二定律
• 以上强调“要实现这两个过程不留下影响是不可能的.” 这是热 力学第二定律的精粹.
• 与热力学第一定律一样，热力学第二定律是人类经验的总结， 是从无数的实际过程中抽象出的基本规律，是在实践中检验的 真理。
• 它指出一切过程都有方向性，自然界的发展是单向、不可逆的。 • 第二定律是高度可靠的. 至今未发现任何一件宏观事件违背了热 力学第二定律.
卡诺循环
• 热机是将热能转变为功的一种机械。 • 一般的热机均在两个不同温度的热源之间工作 (与水轮机工作原 理类似), 热机从高温热源吸取热量, 但此热量不可能全部转化为 功, 只能一部分转化为功, 而另一部分则成为废热传给了低温热 源。 • 常见的热机如 : 蒸气机、汽轮机、燃气轮机、柴油机、汽油机 等.
1824年，法国工程师Carnot（卡诺）上场。 卡诺:Carnot,1796~1832
卡诺循环
• 卡诺设计了一种理想热机－卡诺热机 , 此热机在高温热源和低 温热源间工作, 其工作介质是理想气体。 • 整个循环过程均不存在摩擦力 , 卡诺热机的循环由两个绝热可 逆过程和两个等温可逆过程组成——卡诺循环。
热力学第二定律
不可能把热从低 温物体传到高温 物体，而不引起 其它变化
只要满足能量守恒的过程就一定能实现吗？
功热转换 自由膨胀过程
A m
B
真空
自然界发生的过程总是自动地向一个方向进行，而不会自动向 相反方向进行。 热力学第二定律的任务就是要说明热力学过程的方向性。
自发变化的共同特征
从实践中可以看出，自然过程有一定的规律性：如水往低处流， 气体自高压处向低压处流动，物质自高浓度处向低浓度处扩散， 在光照射下，氢气和氯气自动地化合成氯化氢……。 把在自然界中不需借助外力就能自动进行的过程，称为“自发 过程”或“自然过程”。 而需借助外力才能进行的过程，称为 " 非自发过程 " 或 " 非自然 过程"。
物理化学简明教程第四版(印永嘉)ppt课件
.
作业
Page 12：习题3；习题6
体积功的计算
• 基本公式：
•
W=－p外dV
• 注意： 体积功是系统反抗外压所作的功；
•
或者是环境施加于系统所作的功。
• W的数值不仅仅与系统的始末态有关，还与具体经历的途径 有关。
• 在计算体积功时，首先要弄清反抗的压力与系统体积的关系。
.
系统分类
• 热力学上因系统与环境间的关系不同而将其分为三种不同
的类型:
• 开放系统 : 系统与环境之间既有能量，又有物质的交换； • 封闭系统: 系统与环境间只有能量的交换没有物质的交换；
• 隔离系统: 系统与环境间既无能量又无物质的交换 。 • 注意：系统+环境=孤立系统。
.
举例：暖水瓶
.
状态和性质
.
平衡态？稳态？
一金属棒分别与两个恒温热源相接触，经过一定时间后，金属 棒上各指定点的温度不再随时间而变化，此时金属棒是否处于 热力学平衡态？
T2
T1
.
过程和途径
• 热力学系统发生的任何状态变化称为过程。 • 完成某一过程的具体步骤称为途径。
如: pVT变化过程、相变化过程、化学变化过程
几种主要的p,V,T变化过程
只能求出它的变化值。
.
热力学第一定律的数学表达式
• 对于封闭系统，系统与环境之间的能量交换形式只有热与功两 种，故有： U ＝Q＋W （封闭系统）
• 对于微小的变化过程： dU＝W＋Q （封闭系统）
• 根据热力学第一定律，孤立系统的热力学能不变. 即U＝常数 或 ⊿U＝0（孤立系统）
• 上述三式均为热力学第一定律的数学表达式。 • 注意式中注明的条件 ！
作业
Page 12：习题3；习题6
体积功的计算
• 基本公式：
•
W=－p外dV
• 注意： 体积功是系统反抗外压所作的功；
•
或者是环境施加于系统所作的功。
• W的数值不仅仅与系统的始末态有关，还与具体经历的途径 有关。
• 在计算体积功时，首先要弄清反抗的压力与系统体积的关系。
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系统分类
• 热力学上因系统与环境间的关系不同而将其分为三种不同
的类型:
• 开放系统 : 系统与环境之间既有能量，又有物质的交换； • 封闭系统: 系统与环境间只有能量的交换没有物质的交换；
• 隔离系统: 系统与环境间既无能量又无物质的交换 。 • 注意：系统+环境=孤立系统。
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举例：暖水瓶
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状态和性质
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平衡态？稳态？
一金属棒分别与两个恒温热源相接触，经过一定时间后，金属 棒上各指定点的温度不再随时间而变化，此时金属棒是否处于 热力学平衡态？
T2
T1
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过程和途径
• 热力学系统发生的任何状态变化称为过程。 • 完成某一过程的具体步骤称为途径。
如: pVT变化过程、相变化过程、化学变化过程
几种主要的p,V,T变化过程
只能求出它的变化值。
.
热力学第一定律的数学表达式
• 对于封闭系统，系统与环境之间的能量交换形式只有热与功两 种，故有： U ＝Q＋W （封闭系统）
• 对于微小的变化过程： dU＝W＋Q （封闭系统）
• 根据热力学第一定律，孤立系统的热力学能不变. 即U＝常数 或 ⊿U＝0（孤立系统）
• 上述三式均为热力学第一定律的数学表达式。 • 注意式中注明的条件 ！
《物理化学简明教程》(第四版)印永嘉 第八章 表面现象与分散系统
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2016/2/26
第八章 表面现象与分散系统
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2016/2/26
第八章 表面现象与分散系统
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第八章 表面现象与分散系统
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2016/2/26
(一) 表面现象
• 吸附热为负值。吸附过程是一个放热过程。
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2016/2/26
8.3 气体在固体表面上的吸附
• ③ 吸附等温线
• 图8.8 几种类型的吸附等温线
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2016/2/26
2 朗格缪尔单分子层吸附等温式
• 1916年，朗格缪尔（Langmuir）提出个气固吸 附理论。其基本假定是： • l．吸附是单分子层的。 • 2．吸附分子之间无相互作用力。
8.1 表面吉布斯函数与表面张力 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间
的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为
液体或固体的表面。
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2016/2/26
8.1 表面吉布斯函数与表面张力
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2016/2/26
3 BET多分子层吸附等温式
• 在朗格缪尔吸附理论的基础上，1938年勃劳纳 尔（Brunauer）、爱密特（Emmett）和泰勒 （Te11er）三人提出了多分子层的气固吸附理 论，导出了BET公式：
物理化学简明教程第四版课件07-4-PPT文档资料
rGm BfGm 'B
B
看书P118例题2.3
例题
有人认为经常到游泳池游泳的人中，吸烟者更容易受 到有毒化合物碳酰氯的毒害，因为游泳池水面上的氯 气与吸烟者肺部的一氧化碳结合将生成碳酰氯。现假 设某游泳池水中氯气的溶解度为10-6（摩尔分数），吸 烟者肺部的一氧化碳分压为0.1Pa，问吸烟者肺部碳 酰氯的分压能否达到危险限度0.01Pa。已知氯气的亨 利常数为105Pa ，一氧化碳和碳酰氯的标准摩尔生成 自由能分别为 1 3 7 .1 7 k J m o l - 1 和 2 1 0 .5 0 k J m o l 1
化学平衡是动态平衡。
§4.1 化学反应的方向和限度
2. 反应系统的吉布斯自由能
以理想气体反应为例
A
B
A
t=0 1mol
0
1
G *nA G m *,AnB G m *,B
(1)* AB *
* A(B ** A) 0
B
1
2. 反应系统的吉布斯自由能
Gmix nRT xi ln xi
A
i
R n A l T x n A n B lx n B
△rGm其值决定于T、P及各物质的活度a，是决 定反应方向的物理量。
rGm BB
rG m(T)RlTnK
△rGmθ（T） 其仅与T有关，是决定反应限度 的物理量。
特别注意：在讨论化学平衡时，△rGmθ（T）与平衡 常数相联系，而△rGm则和化学反应 的方向相联系。
§4.2 反应的基本吉布斯自由能变化
令PG P g PH P h K PA P a PB P b
称标准平衡常数，只是温度的函数，无量纲
令 gG h H a A b B rG m
B
看书P118例题2.3
例题
有人认为经常到游泳池游泳的人中，吸烟者更容易受 到有毒化合物碳酰氯的毒害，因为游泳池水面上的氯 气与吸烟者肺部的一氧化碳结合将生成碳酰氯。现假 设某游泳池水中氯气的溶解度为10-6（摩尔分数），吸 烟者肺部的一氧化碳分压为0.1Pa，问吸烟者肺部碳 酰氯的分压能否达到危险限度0.01Pa。已知氯气的亨 利常数为105Pa ，一氧化碳和碳酰氯的标准摩尔生成 自由能分别为 1 3 7 .1 7 k J m o l - 1 和 2 1 0 .5 0 k J m o l 1
化学平衡是动态平衡。
§4.1 化学反应的方向和限度
2. 反应系统的吉布斯自由能
以理想气体反应为例
A
B
A
t=0 1mol
0
1
G *nA G m *,AnB G m *,B
(1)* AB *
* A(B ** A) 0
B
1
2. 反应系统的吉布斯自由能
Gmix nRT xi ln xi
A
i
R n A l T x n A n B lx n B
△rGm其值决定于T、P及各物质的活度a，是决 定反应方向的物理量。
rGm BB
rG m(T)RlTnK
△rGmθ（T） 其仅与T有关，是决定反应限度 的物理量。
特别注意：在讨论化学平衡时，△rGmθ（T）与平衡 常数相联系，而△rGm则和化学反应 的方向相联系。
§4.2 反应的基本吉布斯自由能变化
令PG P g PH P h K PA P a PB P b
称标准平衡常数，只是温度的函数，无量纲
令 gG h H a A b B rG m
《物理化学第4版》第一章-8 节流过程ppt课件
则：W1= - p1(- V1)= p1V1
W2= - p2(V2) 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是
两个功的代数和。 W＝p1V1- p2 V2
W=W1+W2=p1V1-p2V2
即 U2 U1 p1V1 p2V2
移项 U2 p2V2 U1 p1V1
H2=H1
节流过程是等焓过程。 T变而H不变：实际气体的H 不只是T 的函数。
实际气体的焓不仅是温度的函数，还是 压力p的函数，即 H= f(T,p)。
实际气体分子间有相互作用力，使得分子间 的势能对热力学能有贡献，即U=f(T,V)。
等温过程，实际气体的dU、dH不等于零。
3.焦-汤系数
JT
def
dT dp
H
JT 称为焦-汤系数（Joule-
Thomson coefficient),它表示经节流
过程后，气体温度随压力的变化率。
因为节流过程的dp<0 , 所以：
若 J-T＜0,则节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＞0， 节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＝0， 节流后 温度升高?降低?不变？
用于制冷设备的实际气体，其J-T>0，例如氨气。
低压低温气体
p ,则T
节流过程（管内有
填充物）
冰
箱
从
外
冰
侧
箱
向
内
环
吸
境
热
放
热
高压高温气体
电冰箱工作原理示意图
T1
Q T2
由环境付出电功
§1-8 实际气体的焓和热力学能
实际气体的热力学能 U＝f (T, V)
实际气体的焓
H＝f (T, p)
W2= - p2(V2) 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是
两个功的代数和。 W＝p1V1- p2 V2
W=W1+W2=p1V1-p2V2
即 U2 U1 p1V1 p2V2
移项 U2 p2V2 U1 p1V1
H2=H1
节流过程是等焓过程。 T变而H不变：实际气体的H 不只是T 的函数。
实际气体的焓不仅是温度的函数，还是 压力p的函数，即 H= f(T,p)。
实际气体分子间有相互作用力，使得分子间 的势能对热力学能有贡献，即U=f(T,V)。
等温过程，实际气体的dU、dH不等于零。
3.焦-汤系数
JT
def
dT dp
H
JT 称为焦-汤系数（Joule-
Thomson coefficient),它表示经节流
过程后，气体温度随压力的变化率。
因为节流过程的dp<0 , 所以：
若 J-T＜0,则节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＞0， 节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＝0， 节流后 温度升高?降低?不变？
用于制冷设备的实际气体，其J-T>0，例如氨气。
低压低温气体
p ,则T
节流过程（管内有
填充物）
冰
箱
从
外
冰
侧
箱
向
内
环
吸
境
热
放
热
高压高温气体
电冰箱工作原理示意图
T1
Q T2
由环境付出电功
§1-8 实际气体的焓和热力学能
实际气体的热力学能 U＝f (T, V)
实际气体的焓
H＝f (T, p)
物理化学简明教程-课件
可见，外压差距越小，膨 胀次数越多，做的功也越多。
27
(6)准静态过程 若体系由始态到终态的过程是由一连串无限邻近且
无限接近于平衡的状态构成，则这样的过程称为准静态 过程。
准静态过程 pex = p dp, 微小dp可忽略
W - V2 ( p ±dp)dV - V2 pdV
V1
V1
P终
p始
状态函数的特性：异途同归，值变相等；周而复始，
数值还原
5
状态性质
强度性质 与系统中物质的量无关
无加和性
温度 T总＝T1＝T2＝… 压力 p总＝p1＝p2＝… 密度ρ总＝ρ1＝ρ2＝…
容量性质(广度性质) 与系统中物质的量有关
有加和性
体积 V总＝V1+V2+… 质量 m总＝ m1+m2 +… 内能 U总＝U1+U2+…
W' e,1
- p"(V" -V2)
-+-
p' (V '
-V ")
-- p1(V1 -V ' )
31
3.可逆压缩
如果外压力始终比内压力大一个无限小dP，即由 无数个等外压的无限缓慢的压缩过程组成：
W ' e,3
-
V1 V2
pidV
= -nRTln V1 V2
则体系和环境都能恢复 到原状。
32
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。
热功当量： 1 卡 = 4.184 焦耳 热力学第一定律的实质 能量守恒。
热力学第一定律的表达形式： 能量不能凭空产生或消灭，只能从一种形式以严格 的当量关系转换为另一种形式。 不供给能量而可连续不断对外做功的机器叫第一类 永动机。第一类永动机的创造是不可能实现的。 隔离系统的能量为一常数。
27
(6)准静态过程 若体系由始态到终态的过程是由一连串无限邻近且
无限接近于平衡的状态构成，则这样的过程称为准静态 过程。
准静态过程 pex = p dp, 微小dp可忽略
W - V2 ( p ±dp)dV - V2 pdV
V1
V1
P终
p始
状态函数的特性：异途同归，值变相等；周而复始，
数值还原
5
状态性质
强度性质 与系统中物质的量无关
无加和性
温度 T总＝T1＝T2＝… 压力 p总＝p1＝p2＝… 密度ρ总＝ρ1＝ρ2＝…
容量性质(广度性质) 与系统中物质的量有关
有加和性
体积 V总＝V1+V2+… 质量 m总＝ m1+m2 +… 内能 U总＝U1+U2+…
W' e,1
- p"(V" -V2)
-+-
p' (V '
-V ")
-- p1(V1 -V ' )
31
3.可逆压缩
如果外压力始终比内压力大一个无限小dP，即由 无数个等外压的无限缓慢的压缩过程组成：
W ' e,3
-
V1 V2
pidV
= -nRTln V1 V2
则体系和环境都能恢复 到原状。
32
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。
热功当量： 1 卡 = 4.184 焦耳 热力学第一定律的实质 能量守恒。
热力学第一定律的表达形式： 能量不能凭空产生或消灭，只能从一种形式以严格 的当量关系转换为另一种形式。 不供给能量而可连续不断对外做功的机器叫第一类 永动机。第一类永动机的创造是不可能实现的。 隔离系统的能量为一常数。
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第5页/共85页
§1.1 热力学的研究对象
局限性：
不知道反应的机理、速率和微观性 质，只讲可能性，不讲现实性。
第6页/共85页
§1.2 几个基本概念
（1）体系和环境
体系（System）
被划定的研究对象，亦称为物 系或系统。
环境（surroundings）
体系以外并与体系有相互作用 的部分。
第7页/共85页
T1 T2 T环 p1 p2 p环
dV 0
（4）绝热过程
Q0
（5）环状过程
dU 0
第17页/共85页
§1.2 几个基本概念
（4）热力学平衡
体系的诸性质不随时间而改变时的状态。它同时包 括四个平衡：
热平衡（thermal equilibrium） 机械平衡（mechanical equilibrium） 相平衡（phase equilibrium） 化学平衡（chemical equilibrium ）
第18页/共85页
§1.3 能量守恒——热力学第一定律 1 热和功的概念
热（heat）:系统与环境之间因温差而传递的能量 称为热，用符号Q 表示。
Q的取号：
系统吸热，Q>0
系统放热，Q<0
热的本质是分子无规则运动强度的一种体现
计算热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。
水浴温度没有变化，即Q=0； 由于体系是自由膨胀，所以体系 没有对外做功，W=0；根据热力 学第一定律得该过程的
U 0
第38页/共85页
从Gay-Lussac-Joule 实验得到： 理想气体在自由膨胀中温度不变，热力学能不变 理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数
§1.1 热力学的研究对象
局限性：
不知道反应的机理、速率和微观性 质，只讲可能性，不讲现实性。
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§1.2 几个基本概念
（1）体系和环境
体系（System）
被划定的研究对象，亦称为物 系或系统。
环境（surroundings）
体系以外并与体系有相互作用 的部分。
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T1 T2 T环 p1 p2 p环
dV 0
（4）绝热过程
Q0
（5）环状过程
dU 0
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§1.2 几个基本概念
（4）热力学平衡
体系的诸性质不随时间而改变时的状态。它同时包 括四个平衡：
热平衡（thermal equilibrium） 机械平衡（mechanical equilibrium） 相平衡（phase equilibrium） 化学平衡（chemical equilibrium ）
第18页/共85页
§1.3 能量守恒——热力学第一定律 1 热和功的概念
热（heat）:系统与环境之间因温差而传递的能量 称为热，用符号Q 表示。
Q的取号：
系统吸热，Q>0
系统放热，Q<0
热的本质是分子无规则运动强度的一种体现
计算热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。
水浴温度没有变化，即Q=0； 由于体系是自由膨胀，所以体系 没有对外做功，W=0；根据热力 学第一定律得该过程的
U 0
第38页/共85页
从Gay-Lussac-Joule 实验得到： 理想气体在自由膨胀中温度不变，热力学能不变 理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数
物理化学简明教程第四版
不能向右进展,必须使下式成立
rGm
Qp Kp e RT 61055
Qp
(
p pO2
)1/ 2,
pO2
2.810107 Pa
由于通常情况下空气中氧的分压总是大于以上数值,
因此锌在空气中总是能自发氧化为氧化锌。
§4.2 反响的根本吉布斯自由能变化
2. 物质的标准生成吉布斯自由能
规定：一切温度下，处于标准状态时各种最稳 定单质的生成吉布斯自由能为0，那么由稳定 单质生成单位物质量的某物质时，反应的标准 吉布斯自由能变化 f G m就是该物质的标准生 成吉布斯自由能。 rGm任意化学反应
移项积分，得：
ln K R H 0 T 1 R a ln T 2 R b T 6 R c T 2 I H 0 , I 为积分常数，可从已知条件或表值求得 将平衡常数与Gibbs自由能的关系式代入，得： rG m H 0 a T ln T 2 b T 2 6 c T 3 I R T 这样可计算任何温度时的 rGm 或K
〔3〕从标准摩尔生成Gibbs自由能计算
rGm BfGm 'B
B
看书P118例题2.3
例题
有人认为经常到游泳池游泳的人中，吸烟者更容易受到有毒化 合物碳酰氯的毒害，因为游泳池水面上的氯气与吸烟者肺部的 一氧化碳结合将生成碳酰氯。现假设某游泳池水中氯气的溶解 度为10-6〔摩尔分数〕，吸烟者肺部的一氧化碳分压为0.1Pa， 问吸烟者肺部碳酰氯的分压能否到达危险限度0.01Pa。氯气 的亨利常数为105Pa ，一氧化碳和碳酰氯的标准摩尔生成自 由能分别为 解：
那么标准平衡常数：
Kp
p(NH3) p(H2S)
p
p
14(p/ p
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热力学方法和局限性
•热力学的方法是一种演绎的方法, 它结合经验所得到的几个基 本定律, 讨论具体对象的宏观性质.
•热力学的研究对象是大数量分子的集合体, 所得到的结论具有 统计意义, 只反应它的平均行为, 而不适宜于个别分子的个体 行为.
•热力学方法的特点:不考虑物质的微观结构和反应进行的机理.
•热力学方法的局限:可能性与可行性;变化净结果与反应细节; 宏观了解与微观说明及给出宏观性质的数值;
，密度，kg/m3；，粘度，Pa·s
一个教室。可以想象被分为N个区域。 强度性质:不具有加和性 T=T1=T2=…… 广度(容量)性质:具有加和性 V=V1+V2+V3+…… 问题：密度是否为强度性质？
状态、状态函数、状态方程
• 系统的状态是系统一切宏观性质的综合表现。
• 状态和状态性质之间以及各个状态性质彼此之间互为函数关 系。因此状态性质称为状态函数或热力学函数。
状态2
(6) 对抗恒定外压过程： p环＝常数
p1, T1
P环
状态1 循环过程
气体向真空膨胀 （自由膨胀）
气体 真空
(7) 自由膨胀过程： (向真空膨胀过程)。 P环＝0
热力学第一定律
• 热功当量 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。
• 系统经历一过程的状态函数差值，只取决于系统的始末两态。 用数学 语言表达：状态函数在数学上具有全微分的性质，用 符号d表示，如dV、dp。
• 系统经过一系列过程，回到原来的状态，即循环过程，状态 函数数值的变化为零。
• 以上三个特征只要具备其中一条，其他两个特征就可以推导出 来。
• 以上关于状态函数的特征可以反过来说：如果一个系统的有一 个量符合上述三个特征之一，可以判定有某一状态函数的存在。
• 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。
• 能量守恒定律 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。
火是人类文明之源
热力学概论
热力学的研究对象
研究宏观系统的热与其他形式能量之间的相互转换关系及其转 换过程中所遵循的规律。
热力学共有三个基本定律：第一、第二、第三定律，都是人类 经验的总结。第一、第二定律是热力学的主要基础。
化学热力学是用热力学基本原理研究化学现象和与化学现象相 关的物理现象 根据第一定律计算变化过程中的，根据第二定律判断变化的方 向和限度。
(1) 定温过程：T1 = T2 ＝T环 过程中温度恒定。
定温变化：T1 = T2 (2) 定压过程：p1＝p2＝p环
过程中压力恒定。
定压变化：p1 = p2
T1 p1,T2 P环
过程和途径
(3) 定容过程：V1 = V2 过程中体积保持恒定。
(4) 绝热过程：Q = 0 仅可能有功的能量传递形式。 (5) 循环过程：系统经一连串过程又回到始态。
举例：暖水瓶
状态和性质
• 用宏观可测性质包括压力(p)、体积(V)、温度(T)、质量(m)、 物质的量(n)、物种(i)等来描述系统的热力学状态，故这些性 质又称为热力学变量。
• 广度性质: 又称为容量性质，其数值不仅与系统的性质有关, 与系统的大小也有关. 如体积V, 物质的量n等. 在一定条件下广 延性质有加和性，在数学上是一次齐函数。
热力学平衡态
• 系统与环境间必须同时达到以下四个条件时, 才可认为系统达 热力学平衡, 此时系统的状态称为热力学平衡态.
• 1.热平衡: 系统处处温度(T) 相等； • 2.力学平衡: 系统处处压力(p) 相等； • 3.相平衡: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: 系统内各化学反应达平衡.
• 系统的性质是彼此相互关联的，通常只要确定其中几个性质， 其余随之而定，系统的状态也就确立了。确定系统状态的热 力学性质之间的定量关系式称为状态方程。
• 例如，理想气体的状态方程可表示为： pV=nRT
状态函数的特征
• 系统的状态一定，它的每一个状态函数具有唯一确定的值。 用数学语言表达：状态函数是系统状态的单值函数。
• 强度性质: 数值取决于系统自身的特点，与系统的数量无关， 不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。
• 一般而言, 两个广度量的比值是一强度量,如
密 度： = m/V
摩尔体积：Vm = V/n • 指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。
p，压力或者压强， N/m2（帕斯卡）， Pa; 1pø=0.1MPa,热力学标准压力;常压101325 Pa T，温度，K ， T/K= t/℃+273.15; V，体积，m3；
• 系统与环境之间的边界可以是实际的，也可以是想象的。
系统分类
• 热力学上因系统与环境间的关系不同而将其分为三种不同
的类型:
• 开放系统 : 系统与环境之间既有能量，又有物质的交换；
• 封闭系统: 系统与环境间只有能量的交换没有物质的交换；
• 隔离系统: 系统与环境间既无能量又无物质的交换 。 • 注意：系统+环境=孤立系统。
•热力学具有极其牢固的实验基础, 具有高度的普遍性和可靠性.
系统与环境
几个基本概念
• 系统 在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与
其余分开，这种分离可以是实际的，也可。
• 环境 与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为
环境或外界。
平衡态？稳态？
一金属棒分别与两个恒温热源相接触，经过一定时间后，金属 棒上各指定点的温度不再随时间而变化，此时金属棒是否处于 热力学平衡态？
T2
T1
过程和途径
• 热力学系统发生的任何状态变化称为过程。 • 完成某一过程的具体步骤称为途径。
如: pVT变化过程、相变化过程、化学变化过程
几种主要的p,V,T变化过程
热功当量
焦耳：J.P.Joule 1818-1889
1 cal = 4.1840 J