熱力學(xué)基本概念實(shí)用教案

1、系統(tǒng)（System）被劃定的研究對(duì)象(duxing)稱為系統(tǒng)。環(huán)境（surroundings） 與系統(tǒng)密切相關(guān)、有相互作用或影響所能及的部分(b fen)稱為環(huán)境。一、系統(tǒng)一、系統(tǒng)(xtng)(xtng)與環(huán)境與環(huán)境第1頁(yè)/共17頁(yè)第一頁(yè)，共17頁(yè)。 根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境(hunjng)之間的關(guān)系，把系統(tǒng)分為三類：（1）敞開(kāi)系統(tǒng)（open system）系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換(jiohun)，又有能量交換(jiohun)。一、系統(tǒng)一、系統(tǒng)(xtng)(xtng)與環(huán)境與環(huán)境第2頁(yè)/共17頁(yè)第二頁(yè)，共17頁(yè)。（2）封閉系統(tǒng)（closed system） 系統(tǒng)與環(huán)境(hunjng)之間無(wú)物質(zhì)交換，但

2、有能量交換。一、系統(tǒng)一、系統(tǒng)(xtng)(xtng)與環(huán)境與環(huán)境第3頁(yè)/共17頁(yè)第三頁(yè)，共17頁(yè)。（3）孤立系統(tǒng)(xtng)（isolated system） 系統(tǒng)(xtng)與環(huán)境之間既無(wú)物質(zhì)交換，又無(wú)能量交換。熱力學(xué)上有時(shí)把系統(tǒng)(xtng)和環(huán)境加在一起的總體看成是孤立系統(tǒng)(xtng)。一、系統(tǒng)一、系統(tǒng)(xtng)(xtng)與環(huán)境與環(huán)境第4頁(yè)/共17頁(yè)第四頁(yè)，共17頁(yè)。廣度性質(zhì)(xngzh)（extensive properties） 性質(zhì)(xngzh)的數(shù)值與系統(tǒng)的物質(zhì)的數(shù)量成正比，如V、m、熵等。這種性質(zhì)(xngzh)具有加和性。強(qiáng)度性質(zhì)(xngzh)（intensive prope

3、rties） 性質(zhì)(xngzh)的數(shù)值與系統(tǒng)中物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)，不具有加和性，如溫度、壓力等。系統(tǒng)的性質(zhì)決定(judng)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量二、系統(tǒng)的性質(zhì)二、系統(tǒng)的性質(zhì)第5頁(yè)/共17頁(yè)第五頁(yè)，共17頁(yè)。系統(tǒng)(xtng)的廣度性質(zhì)與強(qiáng)度性質(zhì)之間有如下關(guān)系： 廣度性質(zhì)(體積V)強(qiáng)度性質(zhì)(密度d)=廣度性質(zhì)(質(zhì)量m)摩爾爾體(強(qiáng)度性質(zhì))物質(zhì)質(zhì)的(廣度性質(zhì))體積(廣度性質(zhì)mVnV二、系統(tǒng)二、系統(tǒng)(xtng)(xtng)的性質(zhì)的性質(zhì)第6頁(yè)/共17頁(yè)第六頁(yè)，共17頁(yè)。 當(dāng)系統(tǒng)的諸性質(zhì)不隨時(shí)間而改變，則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)平衡態(tài)，它包括下列(xili)幾個(gè)平衡：（1）熱平衡（thermal equilibrium）

4、 系統(tǒng)各部分溫度(wnd)相等。（2）力學(xué)平衡（mechanical equilibrium） 系統(tǒng)各部的壓力(yl)都相等，邊界不再移動(dòng)。三、熱力學(xué)平衡態(tài)三、熱力學(xué)平衡態(tài)（3）相平衡（phase equilibrium） 多相共存時(shí)，各相的組成和數(shù)量不隨時(shí)間而改變。（4）化學(xué)平衡（chemical equilibrium ） 反應(yīng)系統(tǒng)中各物的數(shù)量不再隨時(shí)間而改變。第7頁(yè)/共17頁(yè)第七頁(yè)，共17頁(yè)。狀態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)是系統(tǒng)一切性質(zhì)的綜合表現(xiàn) 系統(tǒng)的性質(zhì)是彼此相互關(guān)聯(lián)(gunlin)的，只要用系統(tǒng)的幾個(gè)獨(dú)立的性質(zhì)就能完全描述系統(tǒng)的狀態(tài)。實(shí)踐表明：對(duì)于含有 n 種物質(zhì)的的均相封閉系統(tǒng)的定態(tài)，只要指定

5、n+2 種系統(tǒng)的性質(zhì)，系統(tǒng)的狀態(tài)和其它的性質(zhì)也就完全確定了。通常采用溫度、壓力和諸種物質(zhì)的量。四、狀態(tài)四、狀態(tài)(zhungti)(zhungti)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)(zhungti)(zhungti)方程方程第8頁(yè)/共17頁(yè)第八頁(yè)，共17頁(yè)。1.狀態(tài)函數(shù)由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的系統(tǒng)的各種熱力學(xué)性質(zhì)稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。 它具有以下特點(diǎn)：（1）狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單一(dny)函數(shù)。 （2）系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化，狀態(tài)函數(shù)的變化值取決于系統(tǒng)始、終態(tài)。與所經(jīng)歷的途徑無(wú)關(guān)。（3）狀態(tài)函數(shù)的微小變化，在數(shù)學(xué)上是全微分。（4）不同狀態(tài)函數(shù)的集合（和、差、積、商）也是狀態(tài)函數(shù)。 四、狀態(tài)四、狀態(tài)(zhungti)(zh

6、ungti)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)(zhungti)(zhungti)方程方程第9頁(yè)/共17頁(yè)第九頁(yè)，共17頁(yè)。例如，設(shè)某狀態(tài)(zhungti)函數(shù)為x,則：ABxxx2ABxxx1即：xxx21AB1x2xxBxA四、狀態(tài)四、狀態(tài)(zhungti)(zhungti)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)(zhungti)(zhungti)方程方程第10頁(yè)/共17頁(yè)第十頁(yè)，共17頁(yè)。AB1x2xxBxA循環(huán)(xnhun)過(guò)程：021xxx四、狀態(tài)四、狀態(tài)(zhungti)(zhungti)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)(zhungti)(zhungti)方程方程第11頁(yè)/共17頁(yè)第十一頁(yè)，共17頁(yè)。2. 狀態(tài)(zhungt

7、i)方程系統(tǒng)狀態(tài)(zhungti)函數(shù)之間的定量關(guān)系式稱為狀態(tài)(zhungti)方程。例如(lr)：某理想氣體的封閉系統(tǒng)，其狀態(tài)方程為： pV = n RT 四、狀態(tài)四、狀態(tài)(zhungti)(zhungti)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)(zhungti)(zhungti)方程方程第12頁(yè)/共17頁(yè)第十二頁(yè)，共17頁(yè)。1.過(guò)程體系狀態(tài)所發(fā)生的一切(yqi)變化稱為過(guò)程。2.途徑完成某一狀態(tài)變化所經(jīng)歷的具體步驟稱為(chn wi)途徑。由同一始態(tài)到同一終態(tài)的不同方式稱為(chn wi)不同的途徑。五、過(guò)程五、過(guò)程(guchng)(guchng)與途徑與途徑第13頁(yè)/共17頁(yè)第十三頁(yè)，共17頁(yè)。 熱和功是

8、能量傳遞或交換(jiohun)的兩種形式： 1、熱（heat）- 系統(tǒng)與環(huán)境(hunjng)之間因溫差而傳遞的能量稱為熱，用符號(hào)Q 表示。 Q的取號(hào)：體系(tx)吸熱，Q0；體系放熱，Q0 。2、功（work）-系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的除熱以外的其它能量都稱為功，用符號(hào)W表示。系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功，W0六、熱和功六、熱和功第14頁(yè)/共17頁(yè)第十四頁(yè)，共17頁(yè)。功的種類功的種類(zhngli): 廣義力廣義力廣義位移廣義位移說(shuō)明說(shuō)明體積功體積功壓力壓力p體積體積dV最最 普遍存在普遍存在機(jī)械功機(jī)械功力力F位移位移dl統(tǒng)稱統(tǒng)稱非體積功非體積功W 電功電功電勢(shì)電勢(shì)E電荷電荷dQ界面功界面功界面張力界面張力 界面積界面積dA在化學(xué)熱力學(xué)中，將功分為兩種，即體積(tj)功（W）和