第二章热力学第一定律概念及公式总结.pdf

第二章 热力学第一定律重点小结1第二章 热力学第一定律2.3 热力学基本概念 1.系统：隔离系统：没有物质或能量的交换封闭系统：有能量交换敞开系统：有能量或物质的交换2.热力学平衡态：（当系统的各种性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡状态）热力学必须同时满足的条件平衡：热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。2.3.1 状态函数(当系统的状态发生变化时，它的一系列性质也随之变化，改变的多少取决于始态和终态)【异途同归，值变相等；周而复始，数值还原】m、T、V、浓度、黏度、折光率、热力学能、焓、熵P2.3.2 状态方程 与系统性质有关的函数,Tfp2.3.3 过程和途径2.3.3.1 常见的变化过程有：等温过程：只有始终态温度不变恒温过程：在过程中温度一直持续不变等压过程：始终态压力相等且等于环境温度等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器）绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态、d0d0pd0Ud0T第二章 热力学第一定律重点小结2状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与中间具体的变化无关。过程函数的特点：只有系统发生一个变化时才有过程函数过程函数不仅与始终态有关还与途径有关没有全微分，只有微小量。用、表示Qw环积分不一定为 0（不一定）0Q2.3.4 热和功 热的本质是分子无规则运动强度的一种体现，系统内部的能量交换不可能是热。功和热都不是状态函数，其值与过程无关。defWp VWW 2.4 热力学第一定律 热力学能是指系统内分子运动的平动能、转动能、振动能、电子及核的能量，以及分子与分子之间相互作用的位能等能量的总和。文字表述：第一类永动机是不可能造成的第一类永动机是不可能造成的（既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外做功的机器称为第一类永动机）能量总量在转化过程中保持不变能量总量在转化过程中保持不变 系统热力学能的变化是：21UUUQW系统发生微小变化，热力学能的变化为：dU（状态函数）dUQW对于物质的量为定值的封闭系统，则微小变量的热力学能变化可以表示为：第二章 热力学第一定律重点小结3dddpTUUTpTp2.5 准静态过程与可逆过程2.5.1 功与过程系统做的膨胀功为：eed WF dlpV膨胀功分为：自由膨胀（向真空膨胀）：外压为零的膨胀过程，由于ep=0 所以，系统对外不做功。ep,10eW外压始终维持恒定：,221 eeWpVV多次等外压膨胀：,312 eeeWpVpV外压 总是比内压 小一个无限小的膨胀：epip（理想气体且温度恒定）212,41dln veivvwp VnRTv膨胀功需要注意的：是环境压力而非系统压力；是环境压力而非系统压力；ep不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用 表示；表示；deP V只有只有这个量才是体积功，而这个量才是体积功，而 、都都deP VepVdep VdV p不是体积功；不是体积功；等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功；等温可逆压缩过程中环等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功；等温可逆压缩过程中环境对系统做最小功；境对系统做最小功；外压分布越多，系统对外所做的功也就越大。外压分布越多，系统对外所做的功也就越大。理想气体：宏观上，理想气体是一种无限稀薄的气体，遵从理想气体状态方程第二章 热力学第一定律重点小结4和焦耳内能定律。实际气体：气体分子本身占有容积，分子之间存在作用力气体。2.6 焓（）H 21pHHHQ2.6.1 等容且不做非膨胀功条件下有：、0V0WvUQddvVQUp2.6.2 等压不做非膨胀功条件下有：ddpQUp vd0pdQpUpv2.7 热容：系统升高单位热力学温度时所吸收的热定压热容：定容热容：d pHQpCTd VVUQCT定压摩尔热容：定容摩尔热容：,1dp mQpCTnT,1dVV m TQCnT、是广度性质的状态函数，而是广度性质的状态函数，而、是强度性质的状态函数是强度性质的状态函数CpvC,p mC,T mC2.8 热力学第一定律对理想气体的应用 2.8.1 对于理想气体，在等容不做非膨胀功的条件下：d VVUQCT对于理想气体，在等压不做非膨胀功的条件下：d pHQpCT2.8.2 理想气体的、之差CpvC （适用于任何均匀系统适用于任何均匀系统）pTpUVCCpvT 理想气体下，、VCpCnR,p mv mCCR2.8.3 绝热过程的功和过程方程式（Q=0）：在绝热过程中，Q=0，在不作非膨胀功时，或dUWdd0Up V第二章 热力学第一定律重点小结5 为常数 dddvUUUTT VTvC 21vWUC TT、ddvUCT21dTvTUCT 绝热过程中温度一定变化，当绝热膨胀时系统对外做功，热力学能一定下降，系统温度必然降低；当绝热过程压缩时，环境对系统做功，热力学能一定增加，系统温度上升。绝热过程膨胀时，T 实际气体T 理想气体 绝热过程压缩时，T 理想气体T 实际气体由 有 则有 VCpC1vp CCnRCvCvdd10TVTV此式无论是否与有关均能成立。若是常数，对于单原子理想气体VCTVC、对双原子分子理想气体。,32V mCR,52V mCR、1PVK1 122p vp v12TVk13rPTk1VnRC绝热可逆过程中的功：绝热可逆过程中的功：=21112111d1 vkwv p vVV211nR TTW=（适用于理想气体）21VWCTT2.8.4 CarnotCarnot 循环循环AB:AB:等温可逆膨胀等温可逆膨胀 BC:BC:绝热可逆膨胀绝热可逆膨胀AD:AD:绝热可逆压缩绝热可逆压缩 DC:DC:等温可逆压缩等温可逆压缩 过程（过程（1 1）：等温可逆膨胀）：等温可逆膨胀ABCDPV（1）（2）（3）（4）第二章 热力学第一定律重点小结6、10U1 hQW21112dln VhVWVp VnRTV 过程（过程（2 2）：绝热可逆膨胀）：绝热可逆膨胀、20Q22,d ChTv mTWUnCT 过程（过程（3 3）：等温可逆压缩）：等温可逆压缩、30U3 CQW43334dln vcVWv p vnRTv30w0CQ 过程（过程（4 4）：绝热可逆压缩）：绝热可逆压缩、44,d hcTV mTWUnCT40Q以上四个过程构成一个可逆循环，系统又回到了始态：以上四个过程构成一个可逆循环，系统又回到了始态：、0U QWhCQQQ0cQ =（与对消）=1234WWWWW13WW2W4W3124lnlnhcvvnRTnRTvv【、】1123hCT VT V1114hCT VT V12lnhCVWnR TTV2.8.52.8.5 热机效率：热机效率：将热机对环境所做的功与从高温热源所吸收的热之比将热机对环境所做的功与从高温热源所吸收的热之比 或或 所以热机效率小于所以热机效率小于 1 11 chhTWQT10 chhWQcQQQ 或或 11 cchhQTQT0chhQQTcT2.102.10 J-TJ-T 效应效应-实际气体的实际气体的和和：UH2.10.1 节流：由于存在阻力，流体的压力降低 ；J-TJ-T 效应：节流前后效应：节流前后 T T 不同的现象。不同的现象。节流膨胀：维持一定压力差的绝热膨胀过程。【节流过程是个等焓过程，即绝热等焓过程】气体经膨胀后的温度变化与压力变化的比值用微分表示为，为焦-汤系数。J TJ TT7654321第二章 热力学第一定律重点小结7理想气体，理想气体，；实际气体，；实际气体，不一定为零不一定为零0J TJ T2.10.22.10.2 实际气体的实际气体的和和 HU 、在等温下在等温下 TVUpTpVTpTHVVTpT2TmUaVV在等温下当体积变化时在等温下当体积变化时 、,1,211mmUaVV,1,211mmmHapVVV实际气体的实际气体的和和的都不等于零，的都不等于零，也不等于零也不等于零 TUpTUVH2.10.32.10.3 化学反应的热效应：化学反应的热效应：、HpQH HVQU由于由于是状态函数是状态函数 ，所以，所以H123 rrrHHH 或或 12 npVRT rrnHURT2.10.42.10.4 反应进度：反应进度：2.10.52.10.5 摩尔焓变摩尔焓变 BrrmBHVHHnP气体的等焓线0J T 0J T反应物、1T1p1v等压 0rIH生成物、1T1p2v生成物、1T2p1v等容2rUQ 2rH3 H