熱力學(xué)基礎(chǔ)要點(diǎn)課件

熱力學(xué)基礎(chǔ)要點(diǎn)課件目錄熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律理想氣體及其熱力學(xué)過(guò)程相變與相平衡條件化學(xué)平衡及其在熱力學(xué)中應(yīng)用非平衡態(tài)熱力學(xué)簡(jiǎn)介01熱力學(xué)基本概念系統(tǒng)環(huán)境閉口系統(tǒng)開口系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境01020304被研究的對(duì)象，可以是一定質(zhì)量的氣體、液體或固體等，用邊界與外界隔開。系統(tǒng)以外的部分，與系統(tǒng)通過(guò)邊界進(jìn)行相互作用，可以是其他物體或外界空間等。系統(tǒng)與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)中所有宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，可以用一組物理量來(lái)完全描述。狀態(tài)描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，其值只與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)而與過(guò)程無(wú)關(guān)，如溫度、壓力、體積、內(nèi)能等。狀態(tài)函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如理想氣體的狀態(tài)方程PV=nRT。狀態(tài)方程狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)熱平衡兩個(gè)相互作用的系統(tǒng)，在不受外界影響的情況下，它們的溫度達(dá)到相等并且不再改變的狀態(tài)，此時(shí)它們之間沒(méi)有熱量的傳遞。平衡態(tài)系統(tǒng)不受外界影響時(shí)，其宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變的狀態(tài)，包括熱平衡、力學(xué)平衡和化學(xué)平衡等。熱力學(xué)第零定律如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們之間也必定處于熱平衡。平衡態(tài)與熱平衡02熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)能是系統(tǒng)內(nèi)部所有微觀粒子運(yùn)動(dòng)能量的總和，用符號(hào)U表示。定義狀態(tài)函數(shù)能量守恒熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，只與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。熱力學(xué)能的變化量等于系統(tǒng)從外界吸收的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)做功之和，即ΔU=Q+W。030201熱力學(xué)能熱量是熱傳遞過(guò)程中傳遞的能量，用符號(hào)Q表示，單位為焦耳（J）。熱量功是力在力的方向上移動(dòng)的距離與力的乘積，用符號(hào)W表示，單位為焦耳（J）。功系統(tǒng)從外界吸收熱量時(shí)，Q>0；系統(tǒng)向外界放出熱量時(shí)，Q<0。外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，W>0；系統(tǒng)對(duì)外界做功時(shí)，W<0。符號(hào)規(guī)定熱量與功表達(dá)式ΔU=Q+W。其中ΔU為系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，Q為系統(tǒng)從外界吸收的熱量，W為外界對(duì)系統(tǒng)做的功。應(yīng)用舉例理想氣體等容過(guò)程、等壓過(guò)程、等溫過(guò)程和絕熱過(guò)程。在這些過(guò)程中，可以利用第一定律求解系統(tǒng)內(nèi)能的變化、吸放熱情況以及做功情況。例如，在等容過(guò)程中，氣體體積不變，外界對(duì)氣體不做功，因此系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于氣體從外界吸收的熱量。第一定律表達(dá)式及應(yīng)用03熱力學(xué)第二定律可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程是指系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某一過(guò)程后，可以沿原路徑完全恢復(fù)原狀，而不引起外界任何變化；不可逆過(guò)程是指系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某一過(guò)程后，無(wú)法沿原路徑完全恢復(fù)原狀，且會(huì)引起外界變化。自然過(guò)程的方向性自然過(guò)程總是沿著不可逆的方向進(jìn)行，即從有序向無(wú)序、從高能量向低能量、從高溫向低溫進(jìn)行。自然過(guò)程方向性由兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)可逆的絕熱過(guò)程組成的理想循環(huán)，是熱機(jī)效率最高的循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)卡諾熱機(jī)的效率只取決于熱源和冷源的溫度，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)?？ㄖZ熱機(jī)效率逆向操作的卡諾循環(huán)可作為制冷機(jī)，其制冷系數(shù)也只取決于熱源和冷源的溫度?？ㄖZ制冷機(jī)卡諾循環(huán)與效率開爾文表述不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響。第二定律的應(yīng)用用于判斷過(guò)程是否可逆、計(jì)算熱機(jī)效率和制冷系數(shù)、分析能量轉(zhuǎn)換的方向和限度等?？藙谛匏贡硎霾豢赡馨褵崃繌牡蜏匚矬w傳向高溫物體而不引起其他變化。第二定律表達(dá)式及應(yīng)用04理想氣體及其熱力學(xué)過(guò)程03理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，其中n為摩爾數(shù)，R為氣體常數(shù)。01理想氣體模型忽略分子間引力和體積，分子間無(wú)規(guī)則碰撞，滿足玻爾茲曼分布。02狀態(tài)參量溫度T、體積V、壓強(qiáng)p，以及內(nèi)能U。理想氣體狀態(tài)方程123體積不變，壓強(qiáng)與溫度成正比，內(nèi)能隨溫度變化。等容過(guò)程壓強(qiáng)不變，體積與溫度成正比，內(nèi)能隨溫度變化。等壓過(guò)程溫度不變，壓強(qiáng)與體積成反比，內(nèi)能不變。等溫過(guò)程理想氣體等容、等壓、等溫過(guò)程分析系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換，內(nèi)能僅通過(guò)功的方式改變。壓強(qiáng)與體積的關(guān)系滿足pV^n=C（C為常數(shù)），當(dāng)n=1時(shí)為等容過(guò)程，n=∞時(shí)為等壓過(guò)程。絕熱過(guò)程及多方過(guò)程簡(jiǎn)介多方過(guò)程絕熱過(guò)程05相變與相平衡條件根據(jù)物質(zhì)狀態(tài)可分為氣-液、氣-固、液-固、液-液等相變類型。相變分類相變時(shí)體積變化、潛熱吸收或放出、界面能變化等。相變特點(diǎn)相變分類及特點(diǎn)由相平衡線和臨界點(diǎn)等構(gòu)成，表示不同溫度和壓力下物質(zhì)的相平衡狀態(tài)。相圖構(gòu)成可用于研究物質(zhì)的三態(tài)變化、溶解度、升華、凝華等現(xiàn)象，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究。相圖應(yīng)用單組分系統(tǒng)相圖分析相圖復(fù)雜性多組分系統(tǒng)中，組分間相互作用導(dǎo)致相圖更加復(fù)雜，存在多個(gè)相平衡線和臨界點(diǎn)等。相圖應(yīng)用可用于研究合金、溶液等復(fù)雜系統(tǒng)的相平衡和相變規(guī)律，指導(dǎo)材料制備和工藝優(yōu)化。多組分系統(tǒng)相圖簡(jiǎn)介06化學(xué)平衡及其在熱力學(xué)中應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度表示通過(guò)反應(yīng)物質(zhì)的量或反應(yīng)程度來(lái)衡量。吉布斯自由能與反應(yīng)進(jìn)度的關(guān)系ΔG=ΔG°+RTlnQ，其中ΔG°為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的吉布斯自由能變化，Q為反應(yīng)物和生成物的濃度比值。判斷反應(yīng)進(jìn)行方向當(dāng)ΔG<0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)ΔG=0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；當(dāng)ΔG>0時(shí)，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)度與吉布斯自由能變化關(guān)系升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)。溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，增大壓力，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；減小壓力，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)。壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度、壓力對(duì)化學(xué)平衡影響規(guī)律探討勒夏特列原理如果改變影響平衡的一個(gè)條件（如濃度、壓強(qiáng)或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。勒夏特列原理應(yīng)用舉例合成氨反應(yīng)中，通過(guò)增大壓強(qiáng)和提高溫度來(lái)提高產(chǎn)率；酯化反應(yīng)中，通過(guò)加入過(guò)量的醇或酸來(lái)提高產(chǎn)率。勒夏特列原理及其應(yīng)用舉例07非平衡態(tài)熱力學(xué)簡(jiǎn)介VS指系統(tǒng)內(nèi)部各部分的物理化學(xué)性質(zhì)不均勻，存在梯度、流動(dòng)和變化的現(xiàn)象，如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量傳遞、電化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程。非平衡態(tài)分類根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部不同的物理化學(xué)性質(zhì)和過(guò)程特點(diǎn)，非平衡態(tài)可分為近平衡態(tài)、遠(yuǎn)離平衡態(tài)和非線性非平衡態(tài)等。非平衡態(tài)現(xiàn)象非平衡態(tài)現(xiàn)象和分類指在非平衡態(tài)下，系統(tǒng)內(nèi)部某些物理量的變化率與這些物理量偏離平衡態(tài)的程度成正比的過(guò)程，具有時(shí)間反演不對(duì)稱性和宏觀不可逆性。包括Onsager倒易關(guān)系、最小熵產(chǎn)生原理、漲落-耗散定理等，用于描述線性不可逆過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律。線性不可逆過(guò)程熱力學(xué)理論框架線性不可逆過(guò)程熱力學(xué)理論框架介紹耗散結(jié)構(gòu)指在非平