安徽建筑工业学院省级精品课程 物理化学电子课件 Chapter 2 热力学第一定律 材料科学与工程系物理化学课程组 Department of Materials Science and Engineering
Department of Materials Science and Engineering 安徽建筑工业学院省级精品课程 物理化学电子课件 Chapter 2 热力学第一定律 材料科学与工程系物理化学课程组
Outline: 四2.1热力学概论和基本概念 冒2.1.1热力学的内容、方法和特点 阊2.1.2热力学基本概念 四2.2热力学第一定律 匐2.2.1热力学的发展过程 匐2.2.2热力学第一定律的文字描述 匐2.2.3热力学第一定律的数学描述 四2.3体积功 匐2.3.1体积功 自2.2.1可逆过程 四2.4焓和热容 旬2.4.1焓 阊2.4.2热容 冒2.4.3物质的热容 匐2.4.4热容与温度的关系 阊2.4.5cv和cn的关系 2 Chapter2第一定律 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 2 Outline: 2.1热力学概论和基本概念 2.1.1热力学的内容、方法和特点 2.1.2热力学基本概念 2.2 热力学第一定律 2.2.1 热力学的发展过程 2.2.2 热力学第一定律的文字描述 2.2.3 热力学第一定律的数学描述 2.3 体积功 2.3.1 体积功 2.2.1 可逆过程 2.4 焓和热容 2.4.1 焓 2.4.2 热容 2.4.3 物质的热容 2.4.4 热容与温度的关系 2.4.5 cV和cp的关系
Outline: 四2.5理想气体的热力学 匐2.5.1理想气体的内能和焓 匐2.5.2绝热过程 旬2.5.3卡诺循环 四2.6非理想气体的热力学 旬2.6.1 Joule-Thomson效应 匐2.6.2非理想气体的内能和焓 四2.7相变热 匐2.7.1相变热 冒2.7.2相变热与温度的关系 四2.8热化学 圓2.8.1热效应 目2.8.2化学热效应 冒2.8.3几种热效应 冒2.8.4热效应与温度的关系 3 Chapter2第一定律Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 3 Outline: 2.5 理想气体的热力学 2.5.1 理想气体的内能和焓 2.5.2 绝热过程 2.5.3 卡诺循环 2.6 非理想气体的热力学 2.6.1 Joule-Thomson效应 2.6.2 非理想气体的内能和焓 2.7 相变热 2.7.1 相变热 2.7.2 相变热与温度的关系 2.8 热化学 2.8.1 热效应 2.8.2 化学热效应 2.8.3 几种热效应 2.8.4 热效应与温度的关系
四2.1热力学概论和基本概念 圓2.1.1热力学的内容、方法和特点 热力学在发展初期，它只是研究热和机械功之间的相互转换关系， 这个问题是随着蒸汽机的发明和使用所引起的。至于其他形式的 能量，最初不在热力学的研究范围内的。但随着电能、化学能、 辐射能等其他形式的能量的发现和研究，它们亦逐渐被纳入了热 力学的研究范畴。 定义： 热力学是自然科学中的一个重要分支学科，它研究物质的 热现象，热运动的规律以及热运动和其他运动形式的相互转化关系， 研究在一定条件下各种物理过程和化学过程进行的方向和所能达到 的限度。 将热力学的原理应用于研究化学现象以及和化学有关的物理 现象，称为化学热力学。 Chapter2第一定律Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 4 2.1热力学概论和基本概念 2.1.1 热力学的内容、方法和特点 热力学在发展初期，它只是研究热和机械功之间的相互转换关系， 这个问题是随着蒸汽机的发明和使用所引起的。至于其他形式的 能量，最初不在热力学的研究范围内的。但随着电能、化学能、 辐射能等其他形式的能量的发现和研究，它们亦逐渐被纳入了热 力学的研究范畴。 定义： 热力学是自然科学中的一个重要分支学科，它研究物质的 热现象，热运动的规律以及热运动和其他运动形式的相互转化关系， 研究在一定条件下各种物理过程和化学过程进行的方向和所能达到 的限度。 将热力学的原理应用于研究化学现象以及和化学有关的物理 现象，称为化学热力学
圓21.1热力学的内容、方法和特点 化学热力学的主要内容： 1.研究各种能量的转化和守恒（第一定律） 蒸汽机：化学能→热能→机械能： 化学电池：化学能→电能： 燃烧反应：化学能→热能。 2.判断化学反应在一定条件下，进行的方向和限度，解决化 学平衡问题（第二定律） 3.低温下物质的运动状态，并为各种物质的热力学函数计算 提供了科学方法（第三定律） |Chapter2第一定律Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 5 2.1.1 热力学的内容、方法和特点 化学热力学的主要内容： 1. 研究各种能量的转化和守恒（第一定律） 蒸 汽 机：化学能 → 热能 → 机械能； 化学电池：化学能 → 电能； 燃烧反应：化学能 → 热能。 2. 判断化学反应在一定条件下，进行的方向和限度，解决化 学平衡问题（第二定律） 3. 低温下物质的运动状态，并为各种物质的热力学函数计算 提供了科学方法（第三定律）
匐21.1热力学的内容、方法和特点 热力学方法： 热力学的方法是一种演绎的方法。即从热力学三大定律出发， 通过严格的逻辑推理得到结论，最后借助于数学工具得到一系列 在变化过程中物质各种宏观性质之间的关系： 三大定律 逻辑推理→结论 数学工具关系式 热力学方法的特点： 1.不考虑物质内部的结构： 2.不涉及化学反应的速率和机理： 3.只研究大量分子（或原子）的集体行为，即宏观体系的性质。 6 Chapter2第一定律Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 6 2.1.1 热力学的内容、方法和特点 热力学的方法是一种演绎的方法。即从热力学三大定律出发， 通过严格的逻辑推理得到结论，最后借助于数学工具得到一系列 在变化过程中物质各种宏观性质之间的关系： 热力学方法: 三大定律 ⎯逻辑推理 ⎯ ⎯→ 结论 ⎯数学工具 ⎯ ⎯→ 关系式 热力学方法的特点： 1. 不考虑物质内部的结构； 2. 不涉及化学反应的速率和机理； 3. 只研究大量分子（或原子）的集体行为，即宏观体系的性质
圓2.1.2热力学基本概念 1.体系和环境 体系(system):热力学中被划定出来的研究对象； 环境(surrounding):体系以外，与体系有密切相关的其余部分的 物质和空间。 Notes: 环境 1.体系和环境之间总有一个实际的或想象 surroundings 的界面(boundary)存在； 体系 2.界面的选取完全是人为的，取决于研 究问题的方便： 3.界面一经选定后，在讨论问题的过程 中就不能任意更改； 体巢与环境 4.体系和环境是共存的，缺一不可。 Chapter2第一定律 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 7 2.1.2 热力学基本概念 1. 体系和环境 体系(system)：热力学中被划定出来的研究对象； 环境(surrounding)：体系以外，与体系有密切相关的其余部分的 物质和空间。 Notes: 1. 体系和环境之间总有一个实际的或想象 的界面（boundary）存在； 2. 界面的选取完全是人为的，取决于研 究问题的方便； 3. 界面一经选定后，在讨论问题的过程 中就不能任意更改； 4. 体系和环境是共存的，缺一不可
1圓2.1.2热力学基本概念 体系的分类： (I)敞开体系(open system) 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 环境 surroundings 物质交换 肝体系 open system 能量交换 敞开体系 Chapter2第一定律 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 8 2.1.2 热力学基本概念 体系的分类： (1) 敞开体系(open system) 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换
1匐21.2热力学基本概念 体系的分类： (2)封闭体系(closed system) 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。 环境 surroundings 无物质校换 封闭体系 能量交换 封闭体系 9 Chapter2第一定律 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 9 2.1.2 热力学基本概念 体系的分类： （2）封闭体系（closed system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换
1旬2.1.2热力学基本概念 体系的分类： (3)孤立体系(isolated system) 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，又称为隔离体系。 有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。 孤立体系 环境 isolated system surroundings 大环境 无物质交换 无物质交换 孤立体系 isolated system 无能量交换 孤立体条(1)】 无能量交损 孤立体系(2) 10 Chapter2第一定律 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 2 第一定律 Department of Materials Science and Engineering 10 2.1.2 热力学基本概念 体系的分类： (3) 孤立体系(isolated system) 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，又称为隔离体系。 有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑