物理化學(xué)(pmph)1.1熱力學(xué)概論課件

物理化學(xué)(pmph)1.1熱力學(xué)概論ppt課件目錄CONTENCT熱力學(xué)基本概念與定律熱力學(xué)中的能量轉(zhuǎn)換與傳遞熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算與應(yīng)用熱力學(xué)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用熱力學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用熱力學(xué)前沿研究領(lǐng)域介紹01熱力學(xué)基本概念與定律01020304熱力學(xué)系統(tǒng)環(huán)境封閉系統(tǒng)開(kāi)放系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)與環(huán)境與環(huán)境只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。與系統(tǒng)相互作用的部分，又稱(chēng)外界。熱力學(xué)研究的對(duì)象，與周?chē)h(huán)境相互作用的物質(zhì)體系。與環(huán)境既有能量交換又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。狀態(tài)函數(shù)與過(guò)程函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，如溫度、壓力、體積等。描述系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程的物理量，如熱量、功等。只與系統(tǒng)的始末狀態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。與系統(tǒng)的變化過(guò)程有關(guān)。狀態(tài)函數(shù)過(guò)程函數(shù)狀態(tài)函數(shù)的特性過(guò)程函數(shù)的特性?xún)?nèi)容表達(dá)式熱力學(xué)第一定律熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量的總值保持不變。ΔU=Q+W，其中ΔU為系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，Q為系統(tǒng)吸收的熱量，W為外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。內(nèi)容不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或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，或不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。表達(dá)式對(duì)于可逆過(guò)程，ds=(δQ/T)；對(duì)于不可逆過(guò)程，ds>(δQ/T)，其中s為熵，T為熱力學(xué)溫度。熱力學(xué)第二定律02熱力學(xué)中的能量轉(zhuǎn)換與傳遞熱力學(xué)第一定律熱功當(dāng)量熱力學(xué)過(guò)程熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量的總值保持不變。熱量和功之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用熱功當(dāng)量來(lái)描述，即單位熱量所能產(chǎn)生的功或單位功所能產(chǎn)生的熱量。在熱力學(xué)過(guò)程中，熱量和功的轉(zhuǎn)換是不可避免的，例如等溫過(guò)程、等壓過(guò)程、絕熱過(guò)程等。熱量與功的轉(zhuǎn)換80%80%100%熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射傳熱物體內(nèi)部或兩個(gè)接觸物體之間的熱量傳遞方式，其傳遞速率與物體間的溫度差、物體的熱導(dǎo)率和接觸面積有關(guān)。流體中由于溫度差異引起的熱量傳遞方式，包括自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩種。物體通過(guò)電磁波的形式傳遞熱量的方式，其傳遞速率與物體的溫度、發(fā)射率和表面狀況有關(guān)。熱傳導(dǎo)對(duì)流輻射傳熱熱力學(xué)循環(huán)01一系列熱力學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)從初始狀態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的過(guò)程。常見(jiàn)的熱力學(xué)循環(huán)有卡諾循環(huán)、布雷頓循環(huán)等。熱效率02評(píng)價(jià)熱力學(xué)循環(huán)性能的重要指標(biāo)之一，表示系統(tǒng)輸出的有用功與輸入熱量的比值。提高熱效率是熱力學(xué)研究的重要目標(biāo)之一。熵與熱力學(xué)第二定律03熵是描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，熱力學(xué)第二定律指出，在孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即系統(tǒng)的無(wú)序程度會(huì)不斷增加。這一原理對(duì)于理解熱力學(xué)循環(huán)和效率具有重要意義。熱力學(xué)循環(huán)與效率03熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算與應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程描述理想氣體狀態(tài)參量之間關(guān)系的方程，即pV=nRT，其中p為壓強(qiáng)，V為體積，n為物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。應(yīng)用通過(guò)測(cè)量氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度，可以計(jì)算氣體的物質(zhì)的量、密度、摩爾質(zhì)量等物理量。同時(shí)，理想氣體狀態(tài)方程也是熱力學(xué)第一定律和第二定律的基礎(chǔ)。理想氣體狀態(tài)方程及應(yīng)用描述實(shí)際氣體狀態(tài)參量之間關(guān)系的方程，常用的有范德華方程、維里方程等。這些方程考慮了氣體分子間的相互作用力，因此比理想氣體狀態(tài)方程更準(zhǔn)確地描述實(shí)際氣體的性質(zhì)。實(shí)際氣體狀態(tài)方程實(shí)際氣體狀態(tài)方程在化學(xué)工程、石油工程、制冷工程等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。例如，在制冷工程中，利用實(shí)際氣體狀態(tài)方程可以計(jì)算制冷劑的循環(huán)量、制冷效率等參數(shù)。應(yīng)用實(shí)際氣體狀態(tài)方程及應(yīng)用指在一定條件下，物質(zhì)各相之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。此時(shí)，各相的化學(xué)勢(shì)相等，物質(zhì)在各相之間的轉(zhuǎn)移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。相平衡利用相圖研究物質(zhì)相平衡的方法。相圖表示了物質(zhì)在不同條件下的相態(tài)和相變規(guī)律，通過(guò)相圖分析可以了解物質(zhì)的相變過(guò)程、相變溫度、相變壓力等信息。在化學(xué)工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。例如，在合金制備過(guò)程中，通過(guò)相圖分析可以確定合金的組成和制備工藝條件。相圖分析相平衡與相圖分析04熱力學(xué)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)闡述能量守恒原理，解釋化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)及其計(jì)算方法。引入熵的概念，討論化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，以及熱力學(xué)第二定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。介紹溫度、壓力、熱量、功等熱力學(xué)基本概念及其在化學(xué)反應(yīng)中的意義。123表達(dá)式及影響因素；溶度積規(guī)則；沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化；分步沉淀及其簡(jiǎn)單應(yīng)用。沉淀溶解平衡常數(shù)（Ksp）氧化還原反應(yīng)與電極電勢(shì)的關(guān)系；標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)與氧化還原反應(yīng)方向的關(guān)系；E-pH圖及其應(yīng)用。氧化還原平衡常數(shù)配合物穩(wěn)定常數(shù)的表達(dá)式及其影響因素；配位平衡與其他平衡的關(guān)系；配合物的生成與轉(zhuǎn)化。配合物的穩(wěn)定常數(shù)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)計(jì)算介紹熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法及注意事項(xiàng)，討論熱化學(xué)方程式在化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用中的重要性。熱化學(xué)方程式闡述蓋斯定律的內(nèi)容及其在化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用中的意義，討論如何利用蓋斯定律計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。蓋斯定律介紹熱力學(xué)數(shù)據(jù)表的內(nèi)容和使用方法，討論如何利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)表查詢(xún)和計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用05熱力學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用介紹溫度、熱量、內(nèi)能、熵等熱力學(xué)基本概念，及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用。熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律闡述能量守恒定律在材料熱力學(xué)中的應(yīng)用，包括熱功轉(zhuǎn)換、熱效率等。介紹熵增原理、熱力學(xué)過(guò)程的方向性等熱力學(xué)第二定律的核心內(nèi)容，及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用。030201材料熱力學(xué)基礎(chǔ)

材料相變熱力學(xué)分析相變現(xiàn)象與分類(lèi)闡述材料中常見(jiàn)的相變現(xiàn)象，如固-固相變、固-液相變、液-氣相變等，及其分類(lèi)方法。相變熱力學(xué)基礎(chǔ)介紹相變過(guò)程中的熱力學(xué)基礎(chǔ)，如相平衡條件、相變驅(qū)動(dòng)力等。材料相變熱力學(xué)應(yīng)用舉例說(shuō)明相變熱力學(xué)在材料制備、加工、性能優(yōu)化等方面的應(yīng)用。介紹計(jì)算材料熱力學(xué)性質(zhì)的方法，如基于第一性原理的計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)模擬等。熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算方法闡述材料熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和應(yīng)用，包括熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取、整理、分析和應(yīng)用等。材料熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹常用的材料熱力學(xué)模擬軟件，如CALPHAD、Thermo-Calc等，及其在材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化和性能預(yù)測(cè)等方面的應(yīng)用。材料熱力學(xué)模擬軟件材料熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算與模擬06熱力學(xué)前沿研究領(lǐng)域介紹非平衡態(tài)熱力學(xué)理論包括局域平衡假設(shè)、熵產(chǎn)生原理和漲落定理等，用于描述和理解非平衡態(tài)系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程。非平衡態(tài)熱力學(xué)應(yīng)用在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)、生物物理學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如研究反應(yīng)速率、相變過(guò)程、生物分子馬達(dá)等。非平衡態(tài)熱力學(xué)概述研究系統(tǒng)在不處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的熱力學(xué)性質(zhì)和行為。非平衡態(tài)熱力學(xué)研究03微觀尺度熱力學(xué)應(yīng)用在納米科技、生物醫(yī)學(xué)、能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，如納米熱電器件、生物分子能量轉(zhuǎn)換等。01微觀尺度熱力學(xué)概述研究在微觀尺度下，如納米、分子等層面上的熱力學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律。02微觀尺度熱力學(xué)理論包括統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、量子熱力學(xué)等，用于揭示微觀尺度下的熱力學(xué)本質(zhì)和機(jī)制。微觀尺度下熱力學(xué)現(xiàn)象探索復(fù)雜系統(tǒng)熱力學(xué)理論包括非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理、自組織理論、耗散結(jié)