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2018/9/26
（4）热力学平衡
当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热
力学平衡，它包括下列几个平衡：
1.热平衡
2.力平衡
3.相平衡
4.化学平衡
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（5）功和热
热(Q)：系统与环境之间因温差而传递的能量。
系统吸热，Q > 0；
式，但在转化过程中，能量的总值不变。
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（3）内能
内能（热力学能）,它是指系统内部能量的
总和，包括分子运动的平动能、转动能、振
动能、电子运动能、原子核能以及各种粒子
之间的相互作用能等等。 内能是具有容量性质的状态函数，用符号U
表示，它的绝对值尚无法测定，只能求出它的
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2.2 几个基本概念 （1）系统和环境
系统：把一部分物体从其它部分划分出来作为研究的对 象，这一部分物体即称为系统。 环境：系统以外并且与系统有相互作用的部分称为环境。
1.敞开系统
2.封闭系统
3.孤立系统
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研究化学变化的方向和限度
阐明绝对熵的数值
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（4）热力学的特点 •研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质， 所得结论具有统计意义。 •只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结 构和反应机理。 •能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不 考虑变化所需要的时间。 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质，只 讲可能性，不讲现实性。
系统放热，Q < 0； 系统对环境作功，W < 0。
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（4）热力学第一定律
第一类永动机：一种既不靠外界提供能量，本 身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为 第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。 第一定律也可表述为：
第一类永动机是不可能制成的。
等温过程 等压过程 等容过程
绝热过程
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（3）过程和途径
2.途径：系统状态发生变化所采取的具体步骤。
等温过程
25 C，10 Pa
等压过程
o
5
25 C，5×10 Pa
等压过程
o
5
100 C，10 Pa
o
5
等温过程
100 C，5×10 Pa
o
5
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（1）体积功
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压p外， 经4 种不同途径，体积从 V1 膨胀到 V2 所作的功。
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（2）状态和状态函数
状态：指系统的宏观的物理性质和化学性质。 状态函数：状态性质，描述系统性质的宏观物理量。 质量，温度，压力，体积，浓度，密度，粘度，折 光率等；内能，焓，熵，自由能均是状态函数。 广度性质(容量性质)： 与系统的物质的量成正比， 如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。 强度性质： 与系统的数量无关，不具有加和性，如 温度、压力等。
水＋电阻丝＋ 电源
Q
W U
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（4）热力学第一定律
1.解：
系统 电源 电阻丝 水 电源＋ 水＋电 电阻丝 阻丝 水＋电阻丝＋ 电源
Q W
= <
< >
> =
< =Leabharlann = >= =
U
<
>
>
<
>
=
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2.4 体积功
第二章 热力学第一定律
2.1 热力学概论
（1）热力学的定义 热力学是研究能量相互转换过程中遵循的 规律的科学。 （2）热力学的组成 热力学第一定律：1850 焦耳和迈耶尔
热力学第二定律：1850
开尔文和克劳修斯
热力学第三定律：20世纪初
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2.1 热力学概论
（3）热力学的研究对象 研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应 第一定律 第二定律 第三定律
变化值。
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（4）热力学第一定律
U Q W
微小变化
dU δQ δW
内能 U 是状态函数，数学上具有全微分性质，微小变 化可用 dU 表示；Q 和 W 不是状态函数，微小变化用 表示，以示区别。
系统吸热，Q > 0； 环境对系统作功，W > 0。
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（4）热力学第一定律
例题1：设一电阻丝浸入水中，接上电源通电一段时间。 若选择不同系统，问： U，Q 和 W 为正负还是零？ 绝热
水
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（4）热力学第一定律
绝 热
水
系统
电源 电阻丝 水
电源＋ 水＋电 电阻丝 阻丝
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（2）状态和状态函数
•状态函数的特性：只取决于系统的起始和最终状态。 •状态函数在数学上具有全微分的性质： 系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程。
pV nRT
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（3）过程和途径
1.过程：系统状态所发生的一切变化。
系统放热，Q < 0。
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（5）功和热
功(W )：系统与环境之间传递的除热以外的其他能量
环境对系统作功，W > 0； 系统对环境作功，W < 0。
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（5）功和热
功的种类
机械功
电功
W EdQ
1 cal = 4.184 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提 供了科学的实验证明。
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（2）能量守恒定律
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自
然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可 表述为： 自然界的一切物质都具有能量，能量有各
种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形
W p dV W s dA
W fdl
体积功
表面功 f、E、p、s为强度性质
l、Q、V、A为容量性质
强调：Q和W都不是状态函数，与变化途径有关
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2.3 热力学第一定律 （1）热功当量
焦耳和迈耶尔(Mayer)自1840年起，用各种 实验求证热和功的转换关系，得到如下结果：