中国石油大学华东物理化学课件nano

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中国石油大学华东物理化学课件二律3-4

Ñ ③ 循环过程
S
δQ T
R
0
三、热力学第二定律的数学式
———克劳修斯不等式
卡诺定理
Ñ δQ 0 “<” 不可逆循环
T
“=” 可逆循环
如下图，任意不可逆循环：
p
不可逆
B
A 可逆 V
图2–7 任意不可逆循环
Ñ δTQ
B
A
δQ T
IR
A B
δQ T
R
0
B
A
δQ T
IR
p
VR
T
1
Q
PO 2W
X
3 O' N Y
MS4UBiblioteka V图2-4 任意可逆循环示意图
p
T2' T2
T1' T1
V
图2-5 任意可逆循环分成无数小卡诺循环
对于每一个小卡诺循环
δQ1 δQ2 0, T1 T2
δQ1` T1`
δQ2` T2`
0,
各小卡诺循环的总合为：
……
δQ T R
δQ1 T1
T2 T0 T2
或
W1
T2 T0 T2
Q
卡诺热机R2：
R2
W2 Q
T1 T0 T1
或 W2
T1 T0 T1
Q
(W1
W2
)
Q(1
T0 T2
)
Q(1
T0 T1
)
QQ T0 (T1 T2 ) T0S 0
即卡诺热机R1比热机R2多做功：T0 S
原因：热量Q从高温热源T2到低温热源T1，经历了自
∴ 隔离体系中一个不可逆过程发生以后，体系的

中国石油大学华东物理化学课件溶液4-7

0.018dm3
mol1
解：假设海水为稀溶液
由
fus
H
* m，水
R(Tf* )2
Tf
V* m，水
Π
RT
则
Π
T fus Hm* ，水Tf (Tf* )2Vm*，水
293 .2 6004 0.018 10 3 273 .22
(273 .2
271 .3)Pa
24.9105 Pa
最少需加压力为
p Π p大 26105 Pa
则 A* (s) A (l) ①
外压不变，溶液组成改变
溶液凝固点相应改变
xA xA dxA
Tf Tf dT
则 A* (s) dA* (s) A (l) dA (l) ②
①、②对比： dA* (s) dA (l)
③
A* (s)
T
p
dT
A (l)
T
p,xB
dT
A (l)
∴ p pA* pA pA* xB
蒸气压下降是造成凝固点下降、沸点升高和渗透压的根本原因。
二、溶液的凝固点降低
纯物质凝固点：外压一定, 液态纯物质逐渐冷却，至开始出现
固态时的平衡温度,用 Tf* 表示。
溶液凝固点：外压一定, 稀溶液逐渐冷却，至开始出现固态
纯溶剂时的平衡温度,用 Tf 表示。则 Tf Tf*, 溶液的凝固点降低
§4-7 稀溶液的依数性
依数性质：指定溶剂的类型和数量后，这些性质只取决于所含溶质粒子的数目，而与溶质的本性无关。溶质的粒子可以是分子、离子、大分子或胶粒，这里只讨论粒子是分子的情况。
依数性的种类：蒸气压下降凝固点降低沸点升高渗透压
一、溶剂的蒸气压下降溶剂A中加入少量B，则

2024年度-大学物理化学经典课件1

10
03 热力学第二定律
11
热力学第二定律的表述
01
不可能从单一热源吸热并全部用来做功，而不引起其他变化。
02
对于可逆过程，系统和外界的熵不变；对于不可逆过程，系统的熵增加，这就是熵增加原理。
03
自然界中的一切自发过程都具有方向性，即不可逆性。
12
熵与熵增原理
01 熵是描述系统混乱程度的物理量，用符号S表示。
胶体溶液的稳定性与聚沉
胶体溶液的稳定性取决于粒子间的相互作用力以及粒子与分散介质之间的相互作用。当粒子间的相互作用力大于粒子与分散介质之间的相互作用时，胶体溶液会发生聚沉现象。
胶体溶液的光学性质
胶体溶液具有丁达尔效应、Tyndall效应等光学性质，这些性质与胶体粒子的散射作用有关。
胶体溶液的应用
等压过程
压力不变的过程，此时 ΔP = 0。等压过程中，吸收的热量一部分用于增加内能，另一部分用于对外做功。
绝热过程
系统与环境之间没有热量交换的过程。绝热过程中，内能的变化只能通过做功来实现。
循环过程
系统从某一状态出发，经过一系列变化后回到原始状态的过程。循环过程中，内能的变化为零，吸收的热量等于对外做的功。
内能
系统内所有分子的动能和势能之和称为内能。
热力学第一定律
3
热量和功的代数和等于系统内能的增量。即 ΔU = Q + W，其中 ΔU 表示内能增量，Q 表示吸收的热量，W 表示对外做的功。
9
热力学第一定律的应用
等容过程
体积不变的过程，此时 ΔV = 0，W = 0。因此，等容过程中吸收的热量全部转化为内能增量。
。
03
生态系统和人类社会

物理化学(上)(中国石油大学(华东))知到章节答案智慧树2023年

物理化学（上）（中国石油大学（华东））知到章节测试答案智慧树2023年最新绪论单元测试1.物理化学课程是建立在数学、物理学、基础化学等学科上的一门理论化学参考答案:对2.物理化学主要涉及研究过程发生后能量的转化、反应的方向和限度等问题。

参考答案:对3.物理化学课程学习过程中需要注意例题的演练、公式概念的应用条件和高等数学微积分知识的应用。

参考答案:对第一章测试1.低温低压的真实气体可以认为是理想气体参考答案:错2.分子间无作用力，分子本身无体积的气体一定是理想气体参考答案:对3.道尔顿分压定律和阿玛伽分体积定律只适用于理想气体混合物参考答案:对4.对于不同的真实气体，范德华方程中的特性常数也不同参考答案:对5.理想气体在一定温度、压力下也能液化参考答案:错6.不同的真实气体，只要处于相同的对应状态，就具有相同的压缩因子参考答案:对7.已知某气体的临界温度为304.15K，临界压力为7.375Mpa。

钢瓶中储存着302.15K的这种气体，则该气体（）状态参考答案:数据不足，无法确定8.对临界点性质的描述中，正确的是参考答案:液相摩尔体积与气相摩尔体积相等; 液相与气相界面消失; 当真实气体的温度低于临界点温度时，是真实气体液化的必要条件9.理想气体的压缩因子Z参考答案:z=110.恒温300K下，某一带隔板的容器中，两侧分别充入压力相同的3dm3氮气和1dm3二氧化碳的理想气体，当抽调隔板后混合气体中氮气和二氧化碳的压力之比为（）参考答案:3：1第二章测试1.状态函数的变化值只与始态和末态的状态有关，与具体的实现途径无关参考答案:对2.据焦耳实验可知，理想气体的内能只是温度的函数参考答案:错3.液态水和水蒸气的标准摩尔燃烧焓的值均为0参考答案:错4.参考答案:对5.热力学第一定律可表述为隔离系统中的热力学能守恒参考答案:对6.气体的节流膨胀过程一定是绝热不可逆过程参考答案:对7.关于热力学可逆过程，下列表述正确的是参考答案:可逆过程发生后，系统和环境一定同时复原;可逆过程是一种理想的过程，实际过程只能无限接近它;可逆压缩过程环境对系统做最小功8.参考答案:在一定温度、压力下，冰融化成水9.下列关于焓的说法，正确的是参考答案:焓是人为定义的一种具有能量量纲的物理量; 焓变只有在特定条件下，才与过程热数值相等; 焓是系统的状态函数10.下列关于绝热过程的说法正确的是参考答案:绝热可逆过程始末态压力、体积之间符合过程方程第三章测试1.热不可能全部转换成功。

物理化学简明教程件PPT课件

第5页/共85页
§1.1 热力学的研究对象
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。
第6页/共85页
§1.2 几个基本概念
（1）体系和环境
体系（System）
被划定的研究对象，亦称为物系或系统。
环境（surroundings）
体系以外并与体系有相互作用的部分。
第7页/共85页
T1 T2 T环 p1 p2 p环
dV 0
（4）绝热过程
Q0
（5）环状过程
dU 0
第17页/共85页
§1.2 几个基本概念
（4）热力学平衡
体系的诸性质不随时间而改变时的状态。它同时包括四个平衡：
热平衡（thermal equilibrium）机械平衡（mechanical equilibrium）相平衡（phase equilibrium）化学平衡（chemical equilibrium ）
第18页/共85页
§1.3 能量守恒——热力学第一定律 1 热和功的概念
热（heat）:系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。
Q的取号：
系统吸热，Q>0
系统放热，Q<0
热的本质是分子无规则运动强度的一种体现
计算热一定要与系统与环境之间发生热交换的过程联系在一起，系统内部的能量交换不可能是热。
水浴温度没有变化，即Q=0；由于体系是自由膨胀，所以体系没有对外做功，W=0；根据热力学第一定律得该过程的
U 0
第38页/共85页
从Gay-Lussac-Joule 实验得到：理想气体在自由膨胀中温度不变，热力学能不变理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数

中国石油大学华东物理化学课件二律3-7

§3-7 等温过程G的计算
一、理想气体等温变化过程
G H TS QR WR
Wf0 G nRT ln V2
V1 nRT ln p1
p2
例1 298K下，1mol理想气体于10pΘ下自由膨胀至pΘ，
求 W、Q、U、 H、 S、 A、 G ?
解：
1mol 298K
p.g 10 pΘ
p外0
1mol 298K
25C 101325Pa 不可逆相变G 25C 101325Pa
△G1
△G3
1mol H2O(g) 恒温恒压 1mol H2O(l)
25C 3167.4Pa 可逆相变G2 25C 3167.4Pa
G G1 G2 G3
nRT ln p2 p1
0 V ( p2 p1)
1
8.314
ln
3167 .4 101325
.8J
二、纯液体、固体等温变化（压力变化不大时）
G 0, A 0, S 0, U 0, H 0
三、相变过程 1.可逆相变化吉氏自由能判据：
GT , p,Wf 0 0 可逆过程
∴ 可逆相变过程 G 0
或 G H (TS)
可逆相变
G
H 相
T相
H 相 T相
0
2. 不可逆相变 ————设计过程求解
————化学反应的等温方程
0.01806 103 (101325 3167 .4)]J
(8585.8 1.77)J 8584.0J 0 自发过程
S S1 S2 S3
nR ln p1 p2
ncondH m T相
0
105 .1J K1
四、化学反应
对可逆化学反应如可逆电池中反应：
rG nEF

中国石油大学华东物理化学课件溶液4-5

二、理想液态混合物中各组分的化学势设 (A+B) 理想液态混合物，一定温度、压力
下达到气液平衡时：
对A组分 A (l) A (g)
ΘA (T )
RT
ln
pA pΘ
ΘA (T )
RT
ln
pA* xA pΘ
ΘA (T )
RT
ln
pA* pΘ
RT
ln
xA
A* (l) RT ln xA
RT ln xA(2) 2RT ln xB(2) 2RT ln xA(1) 2RT ln xB(1)
8.314
298(ln
1 3
2 ln
2 3
2 ln
1 2
2 ln
1 2
)J
2139.4J
∴ WR G 2139.4J
例4 20℃下，将压力为pΘ的1mol气态NH3溶解到大
量的物质的量之比为 nNH3 : nH2O 1: 21 的溶液中。
例3 在298.15K时，要从下列混合物中分出1mol纯A，试计算 Gibbs自由能的变化值及最少必须做功的值。（1）大量的A 和B的等物质的量的混合物；（2）含A和B的物质的量各为2mol的混合物。 (p267 7题参考)
解：（1）
大量A和B混合物 T, p一定，G大量A和B混合物
nA : nB 1:1
GΘ m
NH3
Θ NH3
RT ln
pNH3 pΘ
8.314
293
.15
ln
3.6 101 .325
J
8134
J
问题
0.5mol萘溶于1升苯中形成的溶液，与
0.25mol萘溶于0.5升苯中形成的溶液，二溶液

中国石油大学华东物理化学课件化学平衡6-7

解： CH 4 (g) H2O(g) CO(g) 3H 2 (g)
1 -x
5 -x-y x-y 3x＋y
CO(g) H2O(g) CO 2 (g) H2 (g)
x-y 5-x -y y
3x ＋y
KΘ p,1
0 2x
KΘp
Kn
pΘ
p
nB
vB Kn
5x y yH2O 6 2x 44.16%
y yCO2 6 2x 8.09%
3x y yH2 6 2x 43.06%
耦合反应: 体系中有两个反应发生，若一个反应的产物在另一
个反应中是反应物之一，则称这两个反应为耦合反应。
如 C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g) H2 (g)
方程1中试差，求出（Kp,1Θ )1；给定x2，由方程2求出
y2值，代入方程1中求出（Kp,1Θ )2 ……
p
0.589
由图知
KΘ p,1
0.589,
x 0.912
x 0.912
再由方程2求出 y 0.633
平衡混合气的组成：
1 x yCH4 6 2x 1.12%
x y yCO 6 2x 3.57%
§6-7 同时化学平衡
在反应体系中，某些反应组分同时参加两个以上的反应，称这种反应为同时反应。
例题 600℃下
CH 4 (g) H2O(g) CO(g) 3H 2 (g)
KΘ p,1
0.589
CO(g) H2O(g) CO 2 (g) H2 (g)
KΘ p,2
2.21
若反应nCH4：nH2O=1：5混合，600℃ 、 pΘ下通过催化剂以生产合成NH3用的H2，求平衡组成？

中国石油大学华东物理化学课件二律3-6

∴ 等温过程体系亥氏自由能变化量的负值
等于过程可逆进行时所作的功；
若过程不可逆，则体系做的功小于 –AT 。
∵
WR WR,体 WR,f
V2 V1
pdV
WR,f
等容条件下 WR WR,f
∴ AT ,V WR,f
∴ 等温等容过程体系亥氏自由能变化量的负值
等于过程可逆进行时所作的最大非体积功。
③ 吉氏自由能判据
等温、等压、 Wf 0
G 0, 过程不可逆或自发 G 0, 过程可逆或平衡
∴ 自发过程是向着Gibbs自由能减小的方向进行的
④
GT
,
的物理意义
p
G H (TS）
等温下 G H TS
过程可逆 G H T QR
T U ( pV ) QR
等压下 G pV WR WR,f
T
可逆或平衡
∴ S U 0 T
或TS U 0
∴ (TS) U 0 或U (TS） 0
定义亥姆霍兹自由能A： A U TS
∴ 等温、等容、 Wf 0
不可逆或自发
A 0 可逆或平衡
2、讨论
或
AT ,V
0
不可逆或自发可逆或平衡
① A U TS
A—广度性质的状态函数
A U (TS）等温 U TS
二、吉布斯（Gibbs)自由能
1、熵判据应用于等温、等压、Wf 0 过程等温过程 T1 T2 T环境
等压过程 p1 p2 p环境若 Wf 0, 则 Qp H
∴
S环境
Q环境 T环境
Qp H
T
T
∴ S隔离 S S环境
S H 0 T
不可逆或自发可逆或平衡
∴ S H 0 或TS H 0 T

中国石油大学物理ppt课件

要在“交警”的引导下，学会自己走路（学习）！
成绩考核与作业要求 1、成绩考核期中考试： 10%
作业： 20% 期末考试： 70%
总成绩：满分100分
2、作业要求 1）独立完成全部作业，及时上交作业。全学期作业次数不满三分之二，不准参加期末考试。作业纸上写上班级、姓名、点名册序号。 2）要求说明已知条件并画图，注明解决问题的思路和所采用的基本物理规律。 3）每周第一次课前交作业，每个班均按班级学号排序。 4）答疑地点为****，每周一次，时间*****
E-15 E-12 E-09 E-06 E-03
哈勃半径超星系团
E+27 E+24
星系团
E+21
E+18 E+15
银河系最近恒星的距离太阳系
E+12
DNA长度
人
1m
E+03
E+09 E+06
太阳山
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
二、物理学的五大基本理论 ● 牛顿力学：研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律。 ● 热力学：研究物质热运动的统计规律及其宏观表现。 ●电磁学：研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律。 ● 相对论：研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。 ● 量子力学：研究微观物质运动现象以及基本运动规律。
类比法演绎法归纳法反证法模型化法等
4
物理方法
尽快完成由中学向大学的三个过渡过渡一：应试考试 →重视学习过程积累知识大学生培养能力努力培养自我获取知识的能力！提高素质过渡二：特殊（对象、状态、过程）→一般（对象、状态、过程）中学物理讨论特殊情况的结论；大学物理讲一般规律。概念、思路、方法等均要发生变化！过渡三：抱着走→扶着走→指着走大学教师扮演的角色 —— 交通警察（选拔性→合格性）

中国石油大学物理化学王芳珠PPT第1章_气体资料

Vm/dm3
图7 CO2气体的p —Vm关系
第一章气体
一、过程分析 (1) 以273K等温线为例
D→E 恒温加压‚气体的Vm减小 E→F 恒温加压，Vm继续下降；F点体系出现液相 F→H 气、液两相平衡体系；在压缩过程中，Vm继续
下降(气体量逐渐减少，液体量逐渐增加)； H点以后体系完全为液相，继续加压‚ Vm 几乎不变‚显示出液体难以压缩
§1-5 普遍化压缩因子图
一、对应状态原理 1. 对比参数
p53对比参数表示
pr
p pc
Tr
T Tc
Vr
V Vc
2. 对应状态方程
将对比参数及式 a 27R2Tc2 64 pc
b RTc 8 pc
第一章气体
代入范德华方程得对应状态方程：
pr
3 Vr2
3Vr
1
8Tr
3. 对应状态原理
一定条件下，宏观物质处于何种状态，主要取决于
① 分子的热运动；② 分子间的相互作用力（引力、斥
力），通常表现以引力为主。
物质的第四态？第五态？
第一章气体
宏观物质处于气态时，以分子热运动占主导地位。热运动使气体分子分散开来，并向容器的全部空间扩散，因此气体总是充满整个容器。由于气体分子间有比较大的空隙，因而气体易于压缩。
第一章气体
例1 恒温300K，钢瓶中装p1=1.80MPa的理想气体B，从中放出部分B气体,压力变为p2=1.60MPa。已知放出的B气体在V3=20dm3的抽空容器中压力 p3=0.10MPa，求钢瓶之体积V=？
第一章气体
解：假设300K下 p1压力下钢瓶中气体物质的量n1，p2时为n2 取出气体的物质的量为n，则

中国石油大学华东大学物理实验基础理论课1.ppt

大学物理实验课是教育部确定的六门必修的重要基础课之一。
实践活动：为了达到特定目的，人为再现自然界客观存在的物理过程，来探索物理规律的实践。
Einstein(德 ):“一个矛盾的实
验就足以推翻一种理论。”
杨振宁教授：“物理学是以实验为本的科学”。
80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。 20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。
期末总成绩计算 2-1（实验综合成绩、基础理论成绩） 2-2（实验综合成绩、期末课程论文成绩）
期末总成绩计算
完成实验个数<要求个数：期末总成绩G=10%×基础理论（课程论文）+90%
实验项目总分/预约实验个数×标准化系数×0.6（要求个
数-完成个数）
完成实验个数>=要求个数：期末总成绩G=10%×基础理论（课程论文）+90%
➢ 网址：石油大学-理学院-开放实验-大学物理实验- 实验预约系统 ➢ 202.194.155.226/studyweb/learningweb ➢ 《大学物理实验上课须知》 ➢ 预约后方可做实验，预约实验必须要做，实验总数不小于6。
（14号周日大开放8:50，开放完12:00预约）（D区306）
二、实验预习
§1-3 物理实验课基本程序
实验预约实验预习实验操作
实验报告
三、实验操作及观测
➢ 要求：正确操作，“心细、手稳、眼准”。（签到、整理实验仪器、打扫卫生） ➢ 注意：教师检查签字后实验数据有效。
四、写实验报告
➢ 报告内容：预习报告、数据记录和处理、实验结论、实验讨论、原始数据（独立）。 ➢ 要求：书写工整，图表规范，结果正确，讨论认真（至少占10分）。 ➢ 注意：采用标准实验报告册撰写报告，交报告及时。（一周内）

中国石油大学华东物理化学课件气体1-4讲课

温度，饱和蒸气压
第一章气体
(2) 当T<304.15K时，实际气体可以液化‚当T>304.15K 时，实际气体不能液化；温度升高，水平线变短，饱和蒸气压增大。
(3) T=304.15K，图上出现拐点Ｃ，在Ｃ点处，气液不分‚ 水平段消失。 304.15K 称为CO2的临界温度，C点称为临界点； C点对应的温度、压力、体积分别称为CO2的临界温度、临界压力、临界体积。
下降(气体量逐渐减少，液体量逐渐增加)； H点以后体系完全为液相，继续加压‚ Vm 几乎不变‚显示出液体难以压缩
第一章气体
图上显示：273K等温线可分为三段： D(气体)→F(饱和气体)， F(饱和气体)→H(饱和液体)， H(饱和液体)→ 液体
第一章气体
饱和蒸气压：
称一定温度压力下气、液平衡为饱和，气相称为饱和气体，液相称为饱和液体，气相的平衡压力称为液体在该温度下的饱和蒸气压。
第一章气体
二、小结
(1) 实际气体液化的条件
必要条件：T Tc 充分条件： p pT*
(2) 临界点C—对应临界参数： Tc 、pc 、Vc 在C点处， Vm.l = Vm.g ，气液不分，宏观上看
象雾状。 Tc －气体液化允许的最高温度； pc － Tc下气体液化的最低压力。
第一章气体
第一章气体
§1-4 气液间的转变实际气体等温线和液化过程(p48-52)
对实际气体采取降温或加压等措施使气体体积减小，可以观察到实际气体的液化以及与液化密切相关的性质— 临界状态，实际气体气液转化过程的pVT关系有一定的规律性。
CO2气在不同温度下加压液化的p-Vm曲线如下：
第一章
一、等温线分析

中国石油大学华东物理化学课件一律2-13(课堂)

a vB aB 其中 b vB bB
c vB cB
r HΘ m (T ) r HΘ m (298K)
T 298
a bT cT 2
dT
r HΘ m (298K) a T 298K
b [T 2 (298K)2 ] C [T 3 (298K)3]
2
3
r HΘ m (T )
800 298
vBCp,m (B)dT
[46.11103
800 26.55 0.02337T 2.081106T 2 dT ]J mol1 298
14.00kJ mol1
Ⅱ. 用不定积分式求解
r
HΘ m (T)
Hm
(0)
aT
b 2
T
2
c 3
T
3
①
查表求a、b、c及
r
H
Θ m
(298K)
f HΘ m (NH3,298K) 46.11kJ mol1
② 查有关物质的Cp.m(B)，求
vBCp,m(B) a bT cT 2
a N2(g) 27.32 H2(g) 26.88 NH3(g) 27.43
b×103 6.226 4.347 33.00
c×106 －0.9502 －0.3265 －3.046
vBCp,m(B) cons.
r HΘm (T ) r HΘ m (298K)
T 298K
vBCp,m (B)dT
rHΘ m (298K) vBCp,m(B)(T 298K)
② 若Cp,m与T 的关系为
Cp,m a bT cT 2
则 vBCp,m(B) a bT cT 2
rHΘm(298K) CO(g)

中国石油大学华东物理化学课件一律2-2,3(课堂)

Vl
恒温恒压相变过程
1molH2O(g)
100Cº、p
Vg
W
V2 V1
p外dV
p (Vg
Vl )
pVg nRT
(18.314373.15)J
3102.4J
如一定量的理想气体 V f (T , p)
dV
V T
dT p
V p
T
dp
⑤ 循环过程，任一状态函数的变化量都为零
状态函数特点：
异途同归，值变相等；周而复始，其值不变；且满足单值、连续、可微。 3．状态方程
如理想气体状态方程 pV nRT
对一定量单组分流体系统（气体、液体系统）
T f ( p,V ) 或 V f (T , p)
② 对于一定量组成不变的均相流体（气体、液体）系统，系统的任意宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数：
表示为： Z f (x, y)
RT 如理想气体方程 Vm p f (T , p)
③ 状态函数的变化量=终态的函数值−始态的函数值
如： T T2 T1
④ 状态函数的微小变化可用全微分表示
环境进行热传递。
2．功
① 定义：热力学中，称除热以外其它各种形式传递的能量为功，用W表示
② 说明：a.功—过程函数，与过程有关；不同过程，功不同；微量功用W表示。
b.规定：系统对外做功为负，即Ｗ<0；环境对系统做功为正，即Ｗ>0
c.单位：J，kJ
d.分类
体积功：反抗外力作用下，系统由于体积变化而与环境交换的能量
同的过程传递的热不同，故微量热用Q示。 b.规定：系统吸热为正，即Q0；放热为负，即Q0。 c.单位：J；kJ d.分类：物理过程热：显热、潜热（相变热）、溶解热、稀释热

13中国石油大学华东大物2-2

P 1
E 1 E2
2
3
en
E3 E4 A
E 1 E2 P 2 E3 E4 B
4
两式相减，得
2 3
根据电荷守恒定律
( 1 2 ) S QA
1
2
3
4
( 3 4 ) S QB
2 1 2 4 (QA QB ) / S
Qq
q q
q 1 1 U U 球 U 球壳 40 R R1 4）如果外球壳接地，则球壳外表面上的电荷为零，电势为零。内球电势等于内球表面的电势 q q q 1 1 U内球 U球面 U内表面 4 0 R 4 0 R1 4 0 R R1
0
设 P 点是导体表面外无限靠近表面的任意点，过 P 点取一个平行于导体表面的面元⊿S。以 ⊿S 为底面作一直柱面，使其另一底面在导体内部。由高斯定理： S 0 E d S E d S E d S E d S
带电孤立导体球表面电荷的分布是均匀的。除边缘外，孤立带电的长直导体、圆柱体或大的导体平板的面电荷密度也是均匀的。尖端放电（电晕）:
带电导体尖端附近的场强特别大，它可以使尖端附近的空气发生电离而产生大量的离子，带电粒子的运动就像是尖端上的电荷不断地向空气中释放一样。
应用：
避雷针。高压电器设备的金属元件都做成球型。
一、孤立导体的电容若孤立导体带电量q，它在其周围空间产生的电势为U。理论和实践都表明，导体所带电量与电势成正比。即
定义物理意义
q CU C为比例系数 q C — 孤立导体的电容 U
导体每升高单位电势所需要的电荷。

中国石油大学华东物理化学课件溶液4-7

溶剂A从右边向左边渗透→溶剂一方液面上升，溶液一方液面下降。
对于一定浓度的稀溶液
ΠV nBRT
热力学推导：
A*
A (l)
p2 p1
A (l)
p
T
dp
A (l)
p2 p1
VAdp
A (l)
VA ( p2
p1 )
A (l) ΠVA
∴
ΘA (T )
RT
ln
pA* pΘ
ΘA (T )
蒸气压下降凝固点下降
渗透压
p 510 2 Pa
T 0.002K Π 2.4kPa
很难测准不易测量
易测量
∴ 渗透压是依数性质中最灵敏的一个性质
据此测大分子的分子量
溶剂、溶质分子大小相差悬殊时，制备理想半透膜较易。
② 反渗透的应用水处理（如海水淡化、硬水的软化）、重金属
盐的回收等都是反渗透应用的实例。反渗透亦可用于分离提纯，如可用于甘油和食盐等有机物和无机物的分离。
ln
xA
xB
vap
H
* m,A
RTb*2
Tb
fus
H
* m,A
RTf*2
Tf
V* m,A
Π
RT
p pA*
几种依数性质相关联原因：
溶液中溶剂的化学势小于纯溶剂的化学势。
例凝固点为271.3K的海水，在293.2K下用反渗透法使其淡化，问最少需加多大压力? 水的
fus
H* m,水
6004J
mol1,Vm*，水
RT
ln
pA pΘ
ΠVA
ΘA (T )
RT
ln
pA* xA pΘ

大学物理学上册(中国石油大学出版社)第十章课件 2

二、菲涅耳双面镜实验：
M1
s
P
L
s1
d
s2
C
M2
d'
三、洛埃德镜实验
P'
P
s1
d
s2
M
B
d'
当屏幕P 移至B 处，从 S 1 和 S 2 到B 点的几何距离差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。
例题1 单色光照射到两个相距2×10-4的狭缝上。双缝和屏之间为空气n=1。在缝后处的屏上，从第一级明条纹到第四级明条纹的距离为7.5×10-3，求此单色光的波长。 D 解:由明条纹中心位臵为 x k (k 0,1,2, ) nd 第一、四级明条纹中心位臵分别为 D D x1 x4 4 d d D 故第一级明条纹到第四级明条纹的间距为 x4 x1 3 d 从而得到单色光的波长为 x4 x1 7.5 103 2 104 7 d 5.0 10 m 5000 A 3D 3 1
二、光的单色性 1、单色光：具有单一频率（波长）的光。
I
I0 I0 / 2

谱线宽度
2、复色光：含有很多不同频率的光。如 O 太阳光、白炽灯光等。 3、准单色光：由一些频率相差很小的单色光组合而成的光。 ~ ，频率宽度越小，其单色性就越好。
4、单色光的获得：单色光源（钠光灯）；复色光利用三棱镜色散获得单色光，通过滤光片也可得单色光；激光。 5、光谱：不同光源发出的一系列波长不同的谱线排列而成光谱。（1）连续光谱：光强在很大的波长范围内连续分布的光谱称为连续光谱，如太阳光谱。（2）线状光谱：光强集中在一些分离的波长值附近形成的光谱称为线状光谱，如钠光灯双线。（3）谱线宽度：每条谱线的光强分布有一定的波长范围，称为谱线宽度用△λ表示, △λ越小单色性越好.

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Sample
Piezo tube scanner TrakScanTM tracking lens
Removable cantilever holder
AFM的基本操作方式
Graphics Graphics
Control Monitor
Display Monitor
Contact Mode AFM
探針以接觸表面的方式, 掃過整塊材料, 以分析其表面結構
用扫描隧道显微镜的针尖将原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米
1991年，IBM公司的“拼字”科研小组用STM针尖移动吸附在金属表面的一氧化碳分子，拼成了一个大脑袋小人的形象。图中每个白团是单个一氧化碳分子竖在铂表面上的图象，顶端为氧分子，各个分子的间距约 0.5nm。这个"分子人"从头到脚只有5nm高，堪称世界上最小的人形图案。
❖ 1991年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管，它的质量只有同体积钢的1／6，强度却是钢的 100倍。用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月
球上挂到地球表面，而
不被自身重量所拉断的绳索。
三.神奇的纳米世界
靓丽的纳米世界
单根碳纳米弹簧
扫描隧道显微镜下的纳米团簇酷似大力神杯的硅纳米结构
四.纳米材料：
ⅱ.原子力显微镜（atomic force microscope 简称 AFM) ：
利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号，维持针尖——样品间作用力恒定，同时针尖在样品表面扫描，从而得知样品表面的高低起伏。原子间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针和样品间有力的作用，悬臂将会弯曲。为检测悬臂的微小弯曲量（位移），采用激光照射悬臂的尖端，四象限探测器就可检测出悬臂的偏转。通过电子
界第一台新型的表面分析仪器— — 扫描隧道显微镜（ Scanning tunneling microscope，简称STM）。
❖ 1990年美国国际商业机器公司（IBM）的艾格勒在镍金属（110）表面用35个氙原子排出 “IBM”字样。
❖ 1993年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子写出“中国”二字。
纳米神算子—— 分子算盘
科学家把碳60分子每十个一组放在铜的表面组成了世界上最小的算盘。与普通算盘不同的是，算珠不是用细杆穿起来，而是沿着铜表面的原子台阶排列的。
Structure of Sodium Chloride
Images of NaCl obtained using Scanning Tunneling Microscope
ⅰ.表面效应 ⅱ.体积效应 ⅲ.量子尺寸效应 ⅳ.宏观隧道效应
ⅰ. 物理的蒸发冷凝法
ⅱ.分子束外延法 ⅲ.机械球磨法 ⅳ. 化学的气相沉淀
法
ⅴ.液相沉淀法 ⅵ.溶胶-凝胶法 ⅶ.水热法
五.纳米材料的若干结构表征方法：
❖ ⅰ.扫描隧道显微镜（ Scanning Tunneling
一、纳米的概念：
纳米（ nanometer）一词中的 “纳”（nano)源出于希腊文,意指“侏儒”,现在纳米作为微观世界里的长度单位,一纳米等于十亿分之一米,大约是10个氢原子紧密排列的长度，或人的一根头发粗度的10万分之一. 即1nm=10-9m.
纳米尺度的图片概念
二.纳米科技重大事件：
❖Ⅰ、纳米材料的定义：
纳米材料，指的是具有纳米量级（1~100 nm）的晶态或非晶态超微粒构成的固体物质。纳米材料真正纳入材料科学殿堂是德国科学家Gleiter等于1984年首用惰性气体凝聚法成功地制备了铁纳米微粒，并以它作为结构单元制成纳米块体材料。
多孔纳米线
Ⅱ.纳米材料的性能及制备方法：
TappingModeTM AFM
Cantilever以一定頻率上下震動, 並使探針掃過整塊材料, 以分析其表面結構
Non-contact Mode AFM
可應用於相變化光碟的分析
Laser Light Detector
Laser
AFM Cantilever AFM Tip
Piezoelectric heads sample movements
❖ 1959年，著名物理学家理查德·费曼（Richard Phillips Feynman ）设想：有一天如果能按自己的愿望任意摆布原子的排列，人类就将成为真正意义上的“造物主”。这是关于纳米技术最早的梦想。
❖ 1982 年，国际商业机器公司（IBM)苏黎世实验室的葛·宾尼（Gerd Binnig）博士和海·罗雷尔（Heinrich Rohrer）博士共同研制成功了世
國立交通大學光電工程研究所光資訊儲存實驗室
Adjustable detector mirror
原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope)
結構示意圖
Laser aiming screws
Laser Primary lens
Controller
Computer
Digital Signal Processor
Electronics Interface
Microscopy 简称 STM）：一种基于电子隧道原理的显微镜，在2个距离非常小(典型的只有几Å)的导体间并在外加电场作用下，电子可以穿过2个导体间势垒而流动的现象称为隧道效应。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
经典理论和量子理论的差别
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜工作原理示意图
48个铁原子在铜表面排列成直径为14.2 纳米的圆形量子栅栏
学反馈系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管 Z 轴使作用于针尖——样品间的力保持一定。在扫描的同时，通过记录反馈信号就可以得到样品表面的形貌。
原子力显微镜“分选”和“搬运” 德国JPK Instruments 公分子司生产的原子力显微镜
Laser reflection window Mirror adjustment screws
AFM的應用
MFM : EFM :
探針上鍍上一層磁性物質, 利用磁性相斥相吸的特性, 量測某材料表面不同磁性的區塊, 通常會先以
AFM掃過一遍, 以扣除凡得瓦爾力作用的影響每種材料功函數(Work function)不同, 利用此特性量測某(複合)材料表面不同組成的區塊, 通常會先
以AFM掃過一遍, 以扣除凡得瓦爾力作用的影響

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