第一章热力学第一定律及其应用

幻灯片1物理化学—第一章幻灯片2 第一章 热力学第一定律与热化学第一节、热力学研究的对象、内容和方法第二节、热力学基本概念第三节、热量和功第四节、可逆过程与不可逆过程第五节、热力学第一定律 第六节、焓or 热函 第七节、热容 第八节、热力学第一定律对理想气体的应用 第九节、热化学幻灯片3 第一节、热力学研究的对象、内容和方法一、研究对象 二、热力学研究的内容 三、研究方法 幻灯片4 一、研究对象 热现象领域的物理变化与化学变化。

（大量分子的集合体）幻灯片5二、热力学研究的内容 热力学的基础理论热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 应用科学---热化学 、化学平衡 、相平衡幻灯片6 热力学第零定律 表述：相互处于热平衡的所有体系具有同一种共同的强度性质—温度。

作用：是一、二定律的逻辑先决条件。

幻灯片7 热力学第一定律 表述:W Q dU W Q U δδ+=+=∆,实质：能量转化与守衡原理。

作用：解决热现象领域各种变化过程中能量间的相互转换关系。

幻灯片8 热力学第二定律 表述:T Q dS /δ≥实质：阐述了自发过程的不可逆性 作用：解决自然界变化的方向和限度问题。

幻灯片9 热力学第三定律 表述: 在OK 时任何完整晶体的熵等于零。

（Planck-Lewis 说法）实质：绝对零度不能达到原理“不能用有限的手续把一个物体的温度降低到OK （即-273.15℃）”。

作用：阐明了规定熵的数值。

是联系热化学与化学平衡的纽带。

幻灯片10 应用科学热化学：将热力学第一定律应用于化学领域便产生了热化学。

作用：探讨伴随化学变化的热现象。

计算化学反应过程的热效应。

幻灯片11 化学平衡：将热力学第二定律应用于化学领域就产生了化学平衡 作用：解决化学反应的方向与限度问题。

相平衡：将热力学第二定律应用于多相体系就产生了相平衡。

作用：解决相变化的方向与限度问题及其影响因素。

U Q ∆=-+W幻灯片12三、研究方法1．热力学的方法是一种演绎的方法2．特点：宏观性、重（两）点性3. 优点及局限性幻灯片13 热力学方法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。

热力学第一定律，又称热力学第一定律原理或热力学第一定律定理，是热力学的基本定理之一。

它指出：在任意一个过程中，物质的总热力量Q和总功率W之和是定值，即Q+W=定值。

热力学第一定律的实际运用广泛，可以用来解决各种热力学问题。

下面给出几个具体的例子。

制冷机的工作原理：制冷机是利用制冷剂的汽化-冷凝-膨胀过程来进行冷却的。

制冷剂从低压汽化到高压气体的过程中，汽化所吸收的热量就是制冷机所发出的冷量。

这个过程可以看作是制冷机消耗的功率W，对应的热力学第一定律式为Q+W=定值。

热水器的工作原理：热水器是利用电能将水加热的。

电能转化成热能的过程可以看作是热水器消耗的功率W，加热水所吸收的热量就是热水器发出的热量Q。

这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。

汽车发动机的工作原理：汽车发动机是利用燃料的燃烧来产生动力的。

燃料的燃烧过程中，消耗的燃料质量就是汽车发动机的功率W，燃烧所释放的热量就是汽车发动机发出的热量Q。

这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。

光伏发电的工作原理：光伏发电是利用光能转化成电能的过程。

光能转化成电能的过程可以看作是光伏发电的功率W，光伏发电所产生的电能就是光伏发电发出的热量Q。

这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。

以上就是热力学第一定律的几个具体运用例子。

可以看出，热力学第一定律是一个非常重要的定理，在各种热力学过程中都有着广泛的应用。

第一章热力学第一定律及其应用第一节热力学概论一、热力学的目的和内容目的：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。

广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，研究在一定条件下变化的方向和限度。

主要内容是热力学第一定律和第二定律。

这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。

本世纪初又建立了热力学第三定律。

化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。

化学热力学的主要内容：1. 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。

2. 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。

3. 利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。

二、热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。

由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。

局限性：1. 它只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。

即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。

2. 它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。

尽管它有局限性，但仍为一种非常有用的理论工具。

热力学的基础内容分为两章，热力学第一定律和第二定律，在介绍两个定律之前，先介绍热力学的一些基本概念及术语。

三、热力学基本概念1. 体系与环境体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。

第一章热力学第一定律本章主要公式及其使用条件一、热力学第一定律W Q U +∆＝ W Q dU δδ+=热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。

功分为体积功和非体积功。

二、体积功的计算体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。

体积功公式⎰⋅-=dV p W 外 1 气体向真空膨胀：W ＝0 2气体在恒压过程：)(12 21V V p dV p W V V --=-=⎰外外3理想气体等温可逆过程：2112ln lnp p nRT V V nRT W -=-= 4理想气体绝热可逆过程：)(12,T T nC W U m V -=∆＝理想气体绝热可逆过程中的p ，V ，T 可利用下面两式计算求解1212,ln ln V V R T T C m V -=21,12,ln lnV V C p p C m p m V =三、热的计算热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。

1. 定容热与定压热及两者关系定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， U Q V ∆= 定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Q p = ΔH定容反应热Q V 与定压反应热Q p 的关系：V p Q Q V p ∆+= nRT U H ∆+∆=∆n ∆为产物与反应物中气体物质的量之差。

或者∑+=RT g Q Q m V m p )(,,ν ∑+∆=∆RT g U Hm m)(ν式中∑)(g ν为进行1mol 反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。

2.热容 1.热容的定义式dTQ C δ=dT Q C VV δ=dT Q C pp δ=n CC VmV =,n C C p m p =, C V ，C p 是广度性质的状态函数，C V ，m ，C p,m 是强度性质的状态函数。

2.理想气体的热容对于理想气体 C p ,m － C V ,m =R 单原子理想气体 C V ，m = 23R ；C p ,m = 25R 双原子理想气体 C V ,m =25R ；C p ,m = 27R 多原子理想气体： C V ,m = 3R ；C p ,m = 4R通常温度下，理想气体的C V ,m 和C p,m 均可视为常数。

热力学第一二三定律及其应用热力学是研究热和能量转换的学科，而热力学第一二三定律是热力学最基本的三个定律，它们是热力学研究的重要基础。

本文将分别介绍这三个定律及其应用。

一、热力学第一定律热力学第一定律，又称能量守恒定律，指的是热力学系统中总能量的守恒性。

即在一个孤立系统中，能量不能被创造或者消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第一定律的应用十分广泛，如能源的转换和利用，汽车发动机的设计和优化，太阳能电池的制造等。

在能源转换和利用中，第一定律可以用于分析能量流和预测系统的效率。

例如，在热能发电中，热能被转化为机械能，然后机械能通过发电机转化为电能。

在这个过程中，第一定律可用于计算电站的总输电量和节约燃料的方式。

二、热力学第二定律热力学第二定律，又称熵增定律，指的是孤立系统熵的增加。

热力学中的熵可以理解为系统的无序度量。

第二定律表明，任何一种孤立系统都倾向于变得更加无序。

热力学第二定律的应用涉及工程、环境和生物学等众多领域。

例如，在热机中的工程热力学和制冷技术中的制冷循环，都需要考虑热力学第二定律。

在环境保护方面，热力学第二定律可用于分析和预测环境的变化。

而在生物学中，热力学第二定律被用于解释生物体内的化学反应和代谢。

三、热力学第三定律热力学第三定律，又称绝对熵零点定律，提出了一个没有可能达到的理论极限：当温度趋向于绝对零度时，任何孤立系统的熵趋于零。

热力学第三定律被认为是热力学三大定律中最不直观和理论化的一个。

热力学第三定律的应用相对较少。

它主要被用于特定领域的研究，如半导体材料的研究、超导体的研究以及天体物理学的研究。

结论热力学第一二三定律是热力学基本的三个定律，它们在各种科学和工程领域中都有广泛的应用。

这三个定律为科学家和工程师提供了分析和优化物理系统的框架和方法。

在工业、环境和生物学等领域，热力学技术的应用是不可或缺的。