第一章 熱力學(xué)第一定律 總結(jié)

第一章熱力學(xué)第一定律總結(jié)一、一些重要的概念1．系統(tǒng)與環(huán)境分類：敞開(kāi)系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和隔離系統(tǒng)。系統(tǒng)的分類及其與環(huán)境的劃分完全是人為的，是以解決問(wèn)題的需要和方便為原則的。2．狀態(tài)函數(shù)由系統(tǒng)狀態(tài)本身所確定的量稱為狀態(tài)函數(shù)，又稱熱力學(xué)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)的改變量只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)而與過(guò)程無(wú)關(guān)，在數(shù)學(xué)上狀態(tài)函數(shù)的微分是全微分。3．可逆過(guò)程由一連串平衡態(tài)所組成，當(dāng)過(guò)程發(fā)生過(guò)后，能夠經(jīng)原過(guò)程的反方向變化、系統(tǒng)和環(huán)境同時(shí)恢復(fù)原態(tài)，而不留下任何永久性的變化?？赡孢^(guò)程系統(tǒng)向環(huán)境作功最大。4．熱和功在系統(tǒng)和環(huán)境之間由于溫度差而引起的能量傳遞稱為熱，用Q表示，規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)Q>0，系統(tǒng)放熱時(shí)Q<0。在系統(tǒng)和環(huán)境之間由于力學(xué)因素引起的能量傳遞稱為功。用W表示，規(guī)定系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功（系統(tǒng)失功）W<0，反之W>0。5．熱力學(xué)能熱力學(xué)能是系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和，是系統(tǒng)自身性質(zhì)。6．熱容使系統(tǒng)溫度升高1K時(shí)所需的熱量稱為熱容，用C表示。二、本章重要的關(guān)系式1．宏觀靜止、無(wú)外場(chǎng)作用的封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：注意：1）該式建立了熱力學(xué)能函數(shù)，它即說(shuō)明了熱力學(xué)能、熱和功可以相互轉(zhuǎn)化，又表達(dá)了它們轉(zhuǎn)化時(shí)的定量關(guān)系，其實(shí)質(zhì)上是表明了上述系統(tǒng)的能量守恒與轉(zhuǎn)換關(guān)系。2）雖然ΔU與Q、W的量綱相同，且可以相互轉(zhuǎn)化，但它們之間是有本質(zhì)區(qū)別的。3）在某些特定的條件下，由該式可導(dǎo)出一些簡(jiǎn)單的結(jié)果。如：在封閉系統(tǒng)的絕熱過(guò)程中，ΔU=W。2．焓的定義式1）焓是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，是系統(tǒng)自身性質(zhì)，ΔH僅取決于系統(tǒng)的初末狀態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)。2）焓是為了解決實(shí)際問(wèn)題而定義的一個(gè)物理量，是一個(gè)導(dǎo)出函數(shù)，無(wú)明確的物理意義。3）Qp=ΔH是一個(gè)很有實(shí)用價(jià)值的公式。因?yàn)榇蠖鄶?shù)化學(xué)反應(yīng)都是在等壓條件下進(jìn)行的，該式將特定條件下過(guò)程的熱Qp與狀態(tài)函數(shù)的增量ΔH聯(lián)系起來(lái)了。3．體積功的定義式4.反應(yīng)焓的計(jì)算公式或三、狀態(tài)函數(shù)增量的計(jì)算——設(shè)計(jì)途徑的方法利用設(shè)計(jì)途徑的方法計(jì)算狀態(tài)函數(shù)增量，一般有如下步驟：1）確定系統(tǒng)的初、末態(tài)在有些題目中系統(tǒng)的初、末態(tài)參量沒(méi)有全部給出，需要利用狀態(tài)方程式，過(guò)程方程式或其它關(guān)系式求得。為了明確起見(jiàn)，系統(tǒng)的初、末態(tài)的狀態(tài)參量及給定過(guò)程的性質(zhì)最好用方框圖標(biāo)明。2）在給定初、末態(tài)之間設(shè)計(jì)一條新的變化途徑，新的變化途徑可經(jīng)由若干物理和化學(xué)過(guò)程組成，新途徑應(yīng)便于利用題給數(shù)據(jù)或從手冊(cè)上查得的熱力學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算其狀態(tài)函數(shù)的增量，應(yīng)標(biāo)明新途徑中每一步變化過(guò)程的方向，以明確每一步計(jì)算的始末態(tài)。3）利用已知熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算所設(shè)計(jì)途徑的每一步變化過(guò)程的狀態(tài)函數(shù)的增量。切記：Q、W不可用設(shè)計(jì)途徑的方法，因?yàn)镼、W不是狀態(tài)函數(shù)。四、各類過(guò)程中Q、W、ΔU、ΔH的計(jì)算本章所涉及到的物理、化學(xué)過(guò)程可大體分為三類：（1）理想氣體和純凝聚相物質(zhì)的單純p、V、T變化；（2）相變化；（3）化學(xué)變化。為了便于學(xué)生更好地分析和比較各類過(guò)程中Q、W、ΔU、ΔH計(jì)算的基本規(guī)律，現(xiàn)將有關(guān)的計(jì)算公式歸納如下：物理量WQΔUΔH定義式基本過(guò)程單純pVT變化等溫可逆（理氣）00恒外壓等壓等容0絕熱0可逆相變化學(xué)變化等溫等壓（理想氣體）或等溫等容0此表中，由于各過(guò)程的基本計(jì)算公式均是由定義式出發(fā)，結(jié)合過(guò)程特性推出的，因而不必死記硬背這些公式，關(guān)鍵在于掌握推導(dǎo)公式的思路和方法。1．理想氣體的熱力學(xué)性質(zhì)理想氣體的熱力學(xué)能和焓都只是溫度的函數(shù)而與壓力無(wú)關(guān),U=f(T)H=f(T)。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱力學(xué)能和焓的變化為等溫過(guò)程ΔUT=0ΔHT=0若過(guò)程是可逆過(guò)程絕熱過(guò)程絕熱可逆過(guò)程方程式式中稱為絕熱指數(shù)，上式只適用于絕熱可逆過(guò)程，常用來(lái)計(jì)算絕熱可逆過(guò)程終態(tài)的性質(zhì)。2．U、H與Q、W的區(qū)別及聯(lián)系1）U、H是狀態(tài)函數(shù)，Q、W是能量傳遞的形式，與過(guò)程有關(guān)。2）在某些特定的條件下，系統(tǒng)的ΔU、ΔH在數(shù)值上與Q、W相等。