物理化学课程教案(完整资料).doc
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物理化学教案完整版教案内容一、教学内容本节课的教学内容来自物理化学教材的第八章,主题为“化学热力学基础”。
具体内容包括:1. 热力学第一定律:能量守恒定律;2. 热力学第二定律:熵增原理;3. 自由能与吉布斯自由能;4. 热力学方程:物态变化与能量的关系。
二、教学目标1. 使学生理解并掌握热力学第一定律和第二定律的基本概念及应用;2. 培养学生运用热力学知识分析和解决实际问题的能力;3. 帮助学生掌握自由能和吉布斯自由能的概念,理解它们在化学反应中的应用。
三、教学难点与重点1. 教学难点:热力学第二定律的理解和应用,吉布斯自由能的计算;2. 教学重点:热力学第一定律,熵的概念及其在实际中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具:黑板、粉笔、多媒体教学设备;2. 学具:教材、笔记本、彩色笔。
五、教学过程1. 实践情景引入:通过讨论日常生活中的能量转化现象,引导学生思考能量守恒定律的应用。
2. 知识点讲解:(1) 热力学第一定律:能量守恒定律,解释公式ΔU=Q+W;(2) 热力学第二定律:熵增原理,介绍熵的定义及计算方法;(3) 自由能与吉布斯自由能:讲解自由能的概念,公式ΔG=ΔHTΔS,以及吉布斯自由能在化学反应中的应用。
3. 例题讲解:分析并解决教材中的典型例题,巩固所学知识点。
4. 随堂练习:布置随堂练习题,让学生运用所学知识解决问题。
六、板书设计板书内容:1. 热力学第一定律:ΔU=Q+W2. 热力学第二定律:熵增原理,熵的定义及计算方法3. 自由能与吉布斯自由能:ΔG=ΔHTΔS,吉布斯自由能在化学反应中的应用七、作业设计1. 作业题目:(1) 解释热力学第一定律的应用实例;(2) 计算一个化学反应的吉布斯自由能变化;(3) 讨论熵增原理在实际生活中的意义。
2. 答案:(1) 热力学第一定律的应用实例:烧水时,水温升高,热能转化为内能;(2) 化学反应的吉布斯自由能变化:ΔG=ΔHTΔS,其中ΔH为反应焓变,T为温度,ΔS为反应熵变;(3) 熵增原理在实际生活中的意义:如垃圾分类、能源利用等,遵循熵增原理可以提高资源利用效率。
《物理化学》电子教案上册第一章:引言1.1 课程介绍1.2 物理化学的基本概念1.3 物理化学的研究方法1.4 学习目标与要求第二章:气体2.1 气体的性质2.2 气体的压力与体积2.3 气体的温度与热量2.4 气体的化学反应第三章:溶液3.1 溶液的定义与组成3.2 溶液的浓度与稀释3.3 溶液的蒸馏与沸腾3.4 溶液的离子平衡第四章:固体4.1 固体的结构与性质4.2 固体的相变与相图4.3 固体的溶解与熔点4.4 固体的电导与磁性第五章:液体5.1 液体的性质与表面现象5.2 液体的蒸发与凝结5.3 液体的扩散与对流5.4 液体的相变与相图第六章:热力学第一定律6.1 能量守恒定律6.2 内能与热量6.3 功与热传递6.4 热力学第一定律的应用第七章:热力学第二定律7.1 熵与无序度7.2 可逆与不可逆过程7.3 热力学第二定律的表述7.4 热力学第二定律的应用第八章:化学平衡8.1 平衡常数与反应方向8.2 酸碱平衡与pH值8.3 沉淀平衡与溶解度积8.4 化学平衡的计算与应用第九章:动力学9.1 反应速率与速率常数9.2 零级、一级和二级反应9.3 反应机理与速率定律9.4 化学动力学的应用第十章:电化学10.1 电解质与离子传导10.2 电极与电极反应10.3 电池与电势10.4 电化学的应用重点和难点解析一、气体的化学反应补充和说明:气体之间的化学反应是物理化学中的重要内容,例如气体的合成、分解、置换等反应。
这些反应在工业生产、环境保护等领域具有重要的应用价值。
教案中应详细介绍气体化学反应的基本原理、反应类型及其应用实例,并通过实际案例分析,使学生能够深入理解和掌握这一部分内容。
二、溶液的离子平衡补充和说明:溶液中的离子平衡是物理化学中的关键概念,对于理解电解质溶液的性质和行为具有重要意义。
教案中应详细讲解离子平衡的基本原理、离子平衡常数的计算及其在实际应用中的作用,如酸碱平衡、溶解度积等。
物理化学教案教案:物理化学教学目标:1. 理解物理化学的基本概念和原理;2. 掌握物理化学实验的基本操作和技巧;3. 培养学生的科学思维和实验能力;4. 培养学生的团队合作和沟通能力。
教学内容:1. 物理化学的基本概念和分支学科;2. 物理化学的基本原理和定律;3. 物理化学实验的基本操作和技巧;4. 物理化学实验的数据处理和结果分析。
教学步骤:第一课:物理化学概述1. 引入物理化学的概念和意义;2. 介绍物理化学的分支学科和研究内容;3. 讲解物理化学的基本原理和定律。
第二课:物理化学实验基本操作1. 介绍物理化学实验室的基本设备和器材;2. 讲解物理化学实验的基本操作步骤;3. 演示物理化学实验的常见技巧和注意事项。
第三课:物理化学实验数据处理1. 介绍物理化学实验数据的收集和记录方法;2. 讲解物理化学实验数据的处理和分析方法;3. 演示物理化学实验数据处理的常见技巧和方法。
第四课:物理化学实验设计与报告1. 引导学生进行物理化学实验设计;2. 指导学生撰写物理化学实验报告;3. 评价和讨论学生的实验设计和报告。
教学方法:1. 授课讲解:通过讲解物理化学的基本概念、原理和实验操作方法,帮助学生理解和掌握相关知识。
2. 实验操作演示:通过演示物理化学实验的基本操作步骤和技巧,帮助学生掌握实验操作的要领。
3. 实验设计与报告:通过引导学生进行实验设计和撰写实验报告,培养学生的科学思维和实验能力。
评价方法:1. 实验操作评价:评估学生在实验操作中的准确性和技巧;2. 实验数据分析评价:评估学生对实验数据的处理和分析能力;3. 实验设计与报告评价:评估学生的实验设计和报告撰写能力。
教学资源:1. 教材:物理化学教材;2. 实验设备和器材:如量筒、天平、分析天平等;3. 实验化学品:如溶液、固体试剂等;4. 计算机和投影仪:用于展示教学内容和实验演示。
教学辅助工具:1. PowerPoint演示文稿:用于呈现教学内容和实验操作步骤;2. 实验操作视频:用于演示实验操作的基本步骤和技巧;3. 实验数据处理软件:用于演示实验数据的处理和分析方法。
《物理化学教案》word版一、教案基本信息1.1 课程名称:物理化学1.2 课时安排:本章共5课时1.3 教学目标:1.3.1 知识目标:使学生了解物理化学的基本概念、原理和规律。
1.3.2 能力目标:培养学生运用物理化学知识解决实际问题的能力。
1.3.3 情感目标:激发学生对物理化学学科的兴趣和热情。
二、教学内容2.1 引言:介绍物理化学的定义、研究对象和意义。
2.2 第一节基本概念:物质的量、状态、相等、平衡等概念的解释。
2.3 第二节物态变化:固态、液态、气态的性质及变化规律。
2.4 第三节化学平衡:平衡常数、反应速率、化学动力学等基本概念。
2.5 第四节溶液:溶液的性质、浓度、稀释、渗透压等概念。
三、教学方法3.1 讲授法:讲解基本概念、原理和规律。
3.2 案例分析法:分析实际问题,引导学生运用物理化学知识解决问题。
3.3 互动教学法:提问、讨论,激发学生的思考和兴趣。
四、教学步骤4.1 引入新课:通过问题或实例,引导学生思考物理化学的重要性。
4.2 讲解基本概念:清晰地讲解本节课的重点概念。
4.3 案例分析:分析实际问题,让学生体会物理化学的应用价值。
4.4 课堂互动:提问、讨论,巩固所学知识。
4.5 总结本节课:回顾所学内容,强调重点和难点。
五、课后作业5.1 完成教材上的练习题,巩固所学知识。
5.2 选择一道实际问题,运用物理化学知识进行分析。
5.3 预习下节课的内容,为课堂学习做好准备。
六、教学评估6.1 课堂问答:通过提问了解学生对物理化学基本概念的理解程度。
6.2 课后作业:检查学生完成作业的情况,评估其对课堂所学知识的掌握。
6.3 单元测试:进行一次单元测试,全面评估学生对本章知识的掌握。
七、教学反思7.1 总结本节课的教学效果,分析存在的问题。
7.2 根据学生的反馈,调整教学方法和策略。
7.3 为下一节课的教学做好准备,确保教学内容的连贯性。
八、拓展阅读8.1 推荐学生阅读与本章内容相关的物理化学教材、论文或科普文章。
《物理化学》电子教案上册第一章:引言1.1 课程介绍物理化学的定义和研究对象物理化学在科学和工程中的应用1.2 物理化学的发展简史物理化学的起源和发展过程重要的物理化学家和他们的贡献1.3 学习方法物理化学的学习要求和难点学习物理化学的方法和技巧第二章:物质的量及其计量2.1 物质的量的概念物质的量的定义和单位物质的量的性质和特点2.2 摩尔的概念摩尔的定义和符号摩尔质量的概念和计算方法2.3 物质的量的计算物质的量的基本计算公式物质的量的有关计算示例第三章:热力学第一定律3.1 热力学基本概念系统的定义和分类状态参量的概念和意义3.2 内能的概念和计算内能的定义和性质理想气体的内能计算公式3.3 热量和功的传递热量和功的定义和区别热量和功的传递方式及其计算第四章:热力学第二定律4.1 熵的概念熵的定义和性质熵增加的意义和实例4.2 热力学第二定律的表述克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述熵增原理的应用和意义4.3 熵变和自由能的计算熵变的定义和计算公式自由能的定义和计算公式第五章:化学平衡5.1 平衡态的概念平衡态的定义和平衡态的特征平衡态的判断方法5.2 平衡常数的概念和计算平衡常数的定义和表示方法平衡常数的计算方法和应用5.3 化学平衡的移动勒夏特列原理的定义和内容化学平衡移动的实例和解释第六章:动力学基础6.1 反应速率的概念反应速率的定义和表示方法反应速率的影响因素6.2 反应速率定律零级、一级、二级反应速率定律的表达式反应速率定律的实验测定和应用6.3 化学动力学的计算反应速率常数的概念和计算方法反应速率与反应机理的关系第七章:电化学7.1 电化学基本概念电化学的定义和基本原理电解质和电极的定义及分类7.2 原电池和电解池原电池的构成和工作原理电解池的构成和工作原理7.3 电化学系列的计算电化学系列的概念和应用电极电势的计算和测定方法第八章:光学原理8.1 光的传播和折射光的传播方式和速度折射定律的表述和应用8.2 光的干涉和衍射干涉现象的产生和条件衍射现象的产生和条件8.3 光谱学的基本概念光谱的定义和分类光谱分析的方法和应用第九章:现代物理化学方法9.1 核磁共振(NMR)NMR的原理和应用NMR谱的解析和意义9.2 质谱法(MS)质谱法的原理和应用质谱图的解析和意义9.3 X射线衍射法X射线衍射法的原理和应用X射线晶体学的概念和基本原理第十章:物理化学实验10.1 实验基本操作实验安全常识和实验操作规范实验数据的记录和处理方法10.2 经典实验分析滴定法、比重法、熔点法等实验方法实验结果的分析和讨论实验报告的结构和内容要求重点解析1. 物质的量的概念及其性质和特点,摩尔的概念及其定义和符号,物质的量的计算方法和示例。
物理化学教案完整版教案内容:一、教学内容:本节课选自人教版《科学》四年级下册,第二章第三节“物体的运动”。
具体内容包括:1. 物体的运动形式;2. 速度的概念;3. 加速度的概念。
二、教学目标:1. 让学生了解和掌握物体的三种运动形式:静止、匀速直线运动、曲线运动。
2. 学生能理解速度的概念,并能计算简单的速度问题。
3. 学生能理解加速度的概念,并能计算简单的加速度问题。
三、教学难点与重点:1. 教学难点:速度和加速度的计算,以及物体运动形式的判断。
2. 教学重点:物体运动形式的掌握,速度和加速度的概念理解。
四、教具与学具准备:1. 教具:多媒体课件、黑板、粉笔。
2. 学具:科学笔记本、笔。
五、教学过程:1. 实践情景引入:让学生观察教室里的物体,判断它们的运动形式。
2. 课堂讲解:a. 物体的运动形式:静止、匀速直线运动、曲线运动。
b. 速度的概念:速度是表示物体运动快慢的物理量,公式为v=s/t。
c. 加速度的概念:加速度是表示物体速度变化快慢的物理量,公式为a=(v_t v_0)/t。
3. 例题讲解:a. 例1:一个物体从静止开始,经过5秒后,速度达到10m/s,求物体的加速度。
b. 例2:一个物体做匀速直线运动,速度为5m/s,经过3秒后,路程为15m,求物体的速度。
4. 随堂练习:a. 练习1:一个物体从静止开始,经过3秒后,速度达到6m/s,求物体的加速度。
b. 练习2:一个物体做曲线运动,速度为8m/s,加速度为2m/s^2,求物体的速度变化。
六、板书设计:1. 物体的运动形式:静止匀速直线运动曲线运动2. 速度的概念:速度是表示物体运动快慢的物理量公式:v=s/t3. 加速度的概念:加速度是表示物体速度变化快慢的物理量公式:a=(v_t v_0)/t七、作业设计:1. 作业题目:一个物体从静止开始,经过4秒后,速度达到8m/s,求物体的加速度。
2. 答案:2m/s^2八、课后反思及拓展延伸:1. 课后反思:本节课学生对物体的运动形式、速度和加速度的概念有了基本的认识,但在计算速度和加速度时,部分学生还存在一定的困难。
《物理化学教案》word版教案:物理化学一、教学内容本节课我们学习的是物理化学中的第一章节,主要内容有:温度、压力、体积、物质的量、质量守恒定律等。
通过本节课的学习,让学生了解和掌握物理化学的基本概念和基本原理。
二、教学目标1. 了解温度的概念和计量单位,理解温度与热量之间的关系。
2. 掌握压力的概念和计量单位,了解压力的作用效果。
3. 理解体积的概念,掌握体积的计量单位。
4. 掌握物质的量的概念和计量单位,了解物质的量的计算方法。
5. 理解质量守恒定律的含义和应用。
三、教学难点与重点1. 教学难点:温度、压力、体积、物质的量等概念的理解和应用。
2. 教学重点:温度与热量之间的关系,压力的作用效果,物质的量的计算方法,质量守恒定律的应用。
四、教具与学具准备1. 教具:黑板、粉笔、温度计、压力计、体积计、物质。
2. 学具:笔记本、笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入:让学生观察和描述周围环境中温度的变化,如季节变化、气候变化等。
2. 概念讲解:讲解温度的概念和计量单位,通过示例让学生理解温度与热量之间的关系。
3. 实例演示:通过压力计、体积计等教具的演示,让学生了解压力的概念和作用效果。
4. 计算练习:让学生根据给定的物质的质量、体积等信息,计算物质的量。
5. 定律讲解:讲解质量守恒定律的含义和应用,通过示例让学生理解质量守恒定律的重要性。
6. 随堂练习:布置一些有关温度、压力、体积、物质的量、质量守恒定律的练习题,让学生进行练习。
六、板书设计1. 温度:定义、计量单位、与热量之间的关系。
2. 压力:定义、计量单位、作用效果。
3. 体积:定义、计量单位。
4. 物质的量:定义、计量单位、计算方法。
5. 质量守恒定律:含义、应用。
七、作业设计1. 题目:计算物质的量已知某种物质的质量为50克,密度为1.0克/立方厘米,求该物质的体积。
答案:该物质的体积为50立方厘米。
2. 题目:应用质量守恒定律某化学反应的反应物质量为20克,物质量为30克,求反应中参与反应的物质的量。
《物理化学》电子教案上册第一章:引言1.1 课程介绍1. 理解物理化学课程的重要性2. 了解课程的学习目标和内容1.2 物理化学的基本概念1. 物质的量与质量2. 状态与状态函数3. 热力学第一定律1.3 实验技能1. 掌握基本实验操作方法2. 熟悉实验仪器的使用和维护第二章:温度与热量2.1 温度的概念与计量1. 温度的定义与度量单位2. 温度计的使用与校准2.2 热量与热传递1. 热量的定义与计量单位2. 热传递的方式与速率2.3 热力学第二定律1. 熵的概念与计算2. 热力学第二定律的表述与意义第三章:压力与体积3.1 压力的概念与计量1. 压力的定义与度量单位2. 压强计的使用与校准3.2 体积的概念与测量1. 体积的定义与度量单位2. 量筒与容量瓶的使用与校准3.3 理想气体状态方程1. 理想气体状态方程的推导与理解2. 理想气体的状态变化计算第四章:物质的量与质量4.1 物质的量的概念与计量1. 物质的量的定义与度量单位2. 摩尔质量与摩尔数4.2 质量的概念与测量1. 质量的定义与度量单位2. 天平的使用与校准4.3 物质的量的计算1. 物质的量的计算公式与方法2. 物质的量的转换与计算实例第五章:实验方法与技术5.1 实验设计与方案制定1. 实验目标与步骤2. 实验材料的准备与选择5.2 实验操作与数据采集1. 实验操作方法与技巧2. 数据采集与记录1. 实验结果的整理与分析第六章:溶液的浓度与渗透压6.1 溶液的定义与组成1. 理解溶液的概念2. 熟悉溶剂和溶质的分类6.2 溶液的浓度表示方法1. 摩尔浓度2. 质量分数3. 体积分数6.3 渗透压与溶液的活度1. 渗透压的概念与计算2. 溶液的活度与活度系数第七章:化学平衡7.1 化学平衡的基本概念1. 平衡态的定义2. 平衡常数与平衡常数表达式7.2 酸碱平衡1. 酸碱理论基础2. 酸碱平衡的计算与调节7.3 氧化还原平衡1. 氧化还原反应的基本概念2. 标准电极电势与氧化还原平衡的计算第八章:动力学反应8.1 化学反应速率1. 反应速率的定义与表示方法2. 反应速率的影响因素8.2 化学反应机理1. 机理的定义与表示方法2. 速率方程与机理的关系8.3 反应动力学的应用1. 催化反应动力学2. 生物化学反应动力学第九章:相平衡与相图9.1 相与相变1. 相的概念与分类2. 相变的类型与特点9.2 相平衡条件与相平衡常数1. 相平衡的必要条件2. 相平衡常数的计算与表达9.3 典型体系的相图1. 水-冰相图2. 铁-碳相图第十章:实验数据分析与处理10.1 实验数据的误差分析1. 误差的概念与分类2. 误差的计算与减小方法10.2 实验数据的处理方法1. 平均值的计算与误差分析2. 数据的图表表示方法10.3 实验数据的回归分析1. 线性回归与曲线拟合2. 回归分析的应用与实践重点和难点解析重点一:第二章中的热量与热传递详细补充和说明:热量与热传递是物理化学中的重要概念。
物理化学课程教案一、教案概述1.1 课程定位物理化学是化学学科的一个重要分支,本课程旨在帮助学生掌握物理化学的基本概念、基本理论和基本方法,培养学生的科学思维能力和实验技能,为学生后续相关专业课程的学习打下坚实基础。
1.2 教学目标通过本课程的学习,学生应能:(1)理解并掌握物理化学的基本概念、基本理论和基本方法;(2)能够运用物理化学知识分析和解决实际问题;(3)培养科学思维能力和实验技能;(4)提高学生的综合素质和创新能力。
二、教学内容2.1 课程内容(1)热力学基本概念和定律;(2)化学平衡与反应速率;(3)电化学;(4)胶体与界面化学;(5)物质结构与性质的关系。
2.2 教学安排每个教学内容安排2-4个学时,共计32个学时。
三、教学方法与手段3.1 教学方法采用课堂讲授、讨论和实验相结合的教学方法,注重培养学生的科学思维能力和实验技能。
3.2 教学手段利用多媒体课件、实验装置和仪器等教学手段,提高教学效果和学生的学习兴趣。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业和实验报告,占总评的40%。
4.2 期末考试包括理论知识测试和实验技能考核,占总评的60%。
五、教学资源5.1 教材推荐使用《物理化学》(第五版),作者:王士录、李志贤。
5.2 实验设备热力学实验装置、电化学实验装置、胶体实验装置等。
5.3 辅助资料提供相关学术论文、教学视频和网络资源,供学生自主学习和拓展。
六、教学活动设计6.1 导入新课通过与生活实例相关的物理化学现象,激发学生的学习兴趣,引导学生思考并引入新课程。
6.2 课堂讲授结合多媒体课件,生动、直观地讲解物理化学的基本概念、理论和方法。
6.3 课堂讨论鼓励学生积极参与课堂讨论,提出问题、分享观点,培养学生的科学思维能力。
6.4 实验操作与分析组织学生进行实验操作,引导学生观察实验现象,分析实验结果,培养学生的实验技能。
六、教学活动设计6.1 导入新课通过与生活实例相关的物理化学现象,激发学生的学习兴趣,引导学生思考并引入新课程。
此文档下载后即可编辑第一章热力学第一定律及其应用§2. 1热力学概论热力学的基本内容热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。
它包含系统变化所引起的物理量的变化或当物理量变化时系统的变化。
热力学研究问题的基础是四个经验定律(热力学第一定律,第二定律和第三定律,还有热力学第零定律),其中热力学第三定律是实验事实的推论。
这些定律是人们经过大量的实验归纳和总结出来的,具有不可争辩的事实根据,在一定程度上是绝对可靠的。
热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的,在生产和科研中发挥着重要的作用。
如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。
热力学研究方法和局限性研究方法:热力学的研究方法是一种演绎推理的方法,它通过对研究的系统(所研究的对象)在转化过程中热和功的关系的分析,用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。
特点:首先,热力学研究的结论是绝对可靠的,它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律,没有任何假想的成分。
另外,热力学在研究问题的时,只是从系统变化过程的热功关系入手,以热力学定律作为标准,从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。
不考虑系统在转化过程中,物质微粒是什么和到底发生了什么变化。
局限性:不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系,即不能对系统变化的具体过程和细节做出判断。
只能预示过程进行的可能性,但不能解决过程的现实性,即不能预言过程的时间性问题。
§2. 2热平衡和热力学第零定律-温度的概念为了给热力学所研究的对象-系统的热冷程度确定一个严格概念,需要定义温度。
温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。
一个不受外界影响的系统,最终会达到热平衡,宏观上不再变化,可以用一个状态参量来描述它。
当把两个系统已达平衡的系统接触,并使它们用可以导热的壁接触,则这两个系统之间在达到热平衡时,两个系统的这一状态参量也应该相等。
这个状态参量就称为温度。
那么如何确定一个系统的温度呢?热力学第零定律指出:如果两个系统分别和处于平衡的第三个系统达成热平衡,则这两个系统也彼此也处于热平衡。
热力学第零定律是是确定系统温度和测定系统温度的基础,虽然它发现迟于热力学第一、二定律,但由于逻辑的关系,应排在它们的前边,所以称为热力学第零定律。
温度的科学定义是由热力学第零定律导出的,当两个系统接触时,描写系统的性质的状态函数将自动调节变化,直到两个系统都达到平衡,这就意味着两个系统有一个共同的物理性质,这个性质就是“温度”。
热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在,它非但给出了温度的概念,而且还为系统的温度的测定提供了依据。
§2. 3热力学的一些基本概念系统与环境系统:物理化学中把所研究的对象称为系统环境:和系统有关的以外的部分称为环境。
根据系统与环境的关系,可以将系统分为三类:(1)孤立系统:系统和环境之间无物质和能量交换者。
(2)封闭系统:系统和环境之间无物质交换,但有能量交换者。
(3)敞开系统:系统和环境之间既有物质交换,又有能量交换系统的性质系统的状态可以用它的可观测的宏观性质来描述。
这些性质称为系统的性质,系统的性质可以分为两类:(1)广度性质(或容量性质)其数值与系统的量成正比,具有加和性,整个体系的广度性质是系统中各部分这种性质的总和。
如体积,质量,热力学能等。
(2)强度性质其数值决定于体系自身的特性,不具有加和性。
如温度,压力,密度等。
通常系统的一个广度性质除以系统中总的物质的量或质量之后得到一个强度性质。
热力学平衡态当系统的各种性质不随时间变化时,则系统就处于热力学的平衡态,所谓热力学的平衡,应包括如下的平衡。
(1)热平衡:系统的各部分的温度相等。
(2)力学平衡:系统的各部分压力相等。
(3)相平衡:当系统不上一个相时,物质在各相之间的分配达到平衡,在相的之间没有净的物质的转移。
(1)化学平衡:当系统中存在化学反应时,达到平衡后,系统的组成不随时间变化。
状态函数当系统处于一定的状态时,系统中的各种性质都有确定的数值,但系统的这些性质并不都是独立的,它们之间存在着某种数学关系(状态方程)。
通常,只要确定系统的少数几个性质,其它的性质就随之而这定。
这样,系统体系的性质就可以表示成系统的其它的性质的函数,即系统的性质由其状态而定,所以系统的性也称为状态函数。
如()系统的状态=系统的性质f当系统处于一定的状态时,系统的性质只决定于所处的状态,而于过去的历史无关,若外界的条件变化时,它的一系列性质也随之发生变化,系统的性质的改变时只决定于始态与终态,而与变化所经历的途径无关。
这种状态函数的特性在数学上具有全微分的特性,可以按照全微分的关系来处理。
状态方程描述系统性质关系的数学方程式称为状态方程式。
状态方程式的获得:系统的状态方程不以由热力学理论导出,必须通过实验来测定。
在统计热力学中,可以通过对系统中粒子之间相互作用的情况进行某种假设,推导出状态方程。
描述一个系统的状态所需要的独立变数的数目随系统的特点而定,又随着考虑问题目的复杂程度的不同而不同。
一般情况下,对于一个组成不变的均相封闭系统,需要两个独立变数可以确定系统的状态,如理想气体的状态方程可以写成()V p f T ,= (1)对于由于化学变化、相变化等会引起系统或各相的组成发生变化的系统,还必须指明各相的组成或整个系统的组成,决定系统的状态所需的性质的数目就会相应增加。
如对于敞开系统,系统的状态可以写成Λ,,,,21n n V p 的函数。
()Λ,,,,21n n V p f T = (2)过程与途径过程:在一定的环境条件下,系统发生了一个状态变化,从一个状态变化到另一个状态,我们称系统发生了一个热力学过程,简称过程。
途径:系统变化所经历的具体路径称为途径。
常见的变化过程有:(1) 等温过程 系统从状态1变化到状态2,在变化过程中温度保持不变,始态温度等于终态温度,且等于环境温度。
(2) 等压过程 系统从状态1变化到状态2,在变化过程中压力保持不变,始态压力等于终态压力,且等于环境压力。
(3) 等容过程 系统从状态1变化到状态2,在变化过程中体积保持不变。
(4) 绝热过程 系统在变化过程中,与环境不交换热量,这个过程称为绝热过程。
如系统和环境之间有用绝热壁隔开,或变化过程太快,来不及和环境交换热量的过程,可近似看作绝热过程。
(5) 环状过程 系统从始态出发,经过一系列的变化过程,回到原来的状态称为环状过程。
系统经历此过程,所有性质的改变量都等于零。
热和功热:热力学中,把由于系统和环境间温度的不同而在它们之间传递的能量称为热(Q )。
(符号的约定:系统吸热为正) 热(量)与系统的热冷的概念不同。
在热力学中,除热以外,系统与环境间以其它的形式传递的能量称为功(W )(符号的规定:给系统做功为正)。
热和功不是状态函数,它的大小和过程有关,其微小量用符号“δ”表示。
有各种形式的功:体积功,电功,表面功,辐射功等。
功可以分为体积功和非体积功。
各种功的微小量可以表示为环境对系统施加影响的一个强度性质与其共轭的广度性质的微变量的乘积。
如功的计算式可以表示为:()feW W Zdz Ydy Xdx dV p W δδδ+=+++=ΛΛ外 (3)上式中Λ,,,,Z Y X p 外表示环境对系统施加的影响的强度性质,而Λdz dy dx dV ,,,则表示其共轭的广度性质的微变。
热和功的单位:焦(J )§2.4 热力学第一定律经过大量的实验证明:确立了能量守恒与转化定律。
热力学第一定律就是包括热量在内的能量守恒与转化定律:热力学第一定律可以表述为:自然界的一切物质都具有能量,能量有各种形式,并且可以从一种形式转化为另一种形式,在转化过程中,能量的总量不变。
能常体系的总能量由下列三部分组成:(1) 系统整体运动的能量(T )。
(2) 系统在外力场中的位能(V )。
(3) 热力学能(U )。
在研究静止的系统时(T = 0),如不考虑外力场的作用(V = 0),此时系统的总能量为热力学能。
系统的热力学能包括了系统中各种运动形式所具有的能量(粒子的平动能,转动能,振动能,电子能,核能……,以及分子之间的位能等)。
当系统和环境交换能量时,系统的热力学能就要发生变化 W Q U U U +=-=∆12 (4) 如果系统发生了一个微小的变化,则有W Q dU δδ+= (5)上边两个式子称为热力学第一定律的数学表达式。
也可以用另一种文字方式表达热力学第一定律:热力学第一定律的文字表述:要想制造一种永动机,它既不依靠外界供给能量,本身的能量也不减少,却不断地对外做功,这是不可能的。
热力学第一定律也可以表述为:第一类永动机是不可能造成的。
关于热力学能的说明: 系统的热力学能包括了系统中的各种粒子运动形式的能量,由于系统中的粒子无限可分,运动形式无穷无尽,所以系统的热力学能的数值也无法知道。
系统中热力学能的变化量可以通过变化过程中的Q 和W 来确定。
系统的热力学能是状态函数(证明):设:系统经途径Ⅰ从B A →,热力学能变化为ⅠU ∆,经途径Ⅱ从B A →,热力学能的变化为ⅡU ∆,假设热力学能不是状态函数,ⅡⅠU U ∆≠∆。
如果使途径Ⅱ改变方向,从A B →,则该过程的热力学能的变化为ⅡU ∆-。
如系统两个变化过程组合成一个循环,A B A ⅡⅠ−→−−→−,则经过这个循环回到原来的状态,系统的热力学能将发生变化ⅡⅠU U ∆-∆,环境同样获得能量)(ⅡⅠU U ∆-∆-,即能量可以生成,第一类永动相可以制成。
这个结论不符合热力学第一定律,所以只有ⅡⅠU U ∆=∆。
∴系统的热力学能的改变量只与始终态有关,而和路径无关,所以系统的热力学能为一状态函数。
系统的热力学能可以表示为 ),,(n P T f U =dp p U dT T U dU T p ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=(6)如果把热力学能看作是T ,V 的函数 ),,(n V T f U =dpV U dT T U dU T V ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=显然V p T U T U ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂≠⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂§2.5 准静态过程与可逆过程功与过程和热力学能不同,环境对系统所做功的量和系统变化所经历的途经有关。
以图2.2为例来说明做功的过程 dV p Adl p dl fW e e -=-=-=外δ (为外压)系统中的气体可以由不同的过程从21V V →,过程不同,环境做功也不相同。
1. 自由膨胀0,01,==e e W p2. 外压始终维持恒定()122,V V p W e e --=3.多次等外压膨胀()12213,'V V V p V p W e e e -∆-∆-=4. 无限多次的等外压膨胀 124,lnV V nRT dV p W e e -=-=⎰ 以上的例子说明,功和途径有关由于W Q U -=∆,所以Q 也和途径有关。