热力学中的基本术语

这是一个关于热力学中的基本术语(1)的思维导图，包含体系与环境、状态和状态函数、过程与途径、热和功、内能、热力学第一定律等。

热力学中的基本术语

• 体系与环境
  • 体系
    • 概念：为了研究需要，人们常常把研究对象与周围其他事物划分开来了，划定为研究对象的这部分物质称为体系
    • 分类
      • 敞开体系：体系与环境之间既有物质交换又有能量交换
      • 封闭体系：体系与环境之间没有物质交换只有能量交换。 （封闭体系是热力学中研究最多的，不特别说明时通常指的就是封闭体系）
      • 孤立体系（隔离体系）：体系与环境之间没有物质交换也没有能量交换 （严格来讲，世界上不存在绝对的孤立体系，当影响很小是可近似认为是孤立体系）
  • 环境：体系以外与体系密切相关的其他物质
• 状态和状态函数
  • 体系的状态：是体系所有宏观性质的综合表现，可以用压力、温度、体积和物质的量等宏观物理量来进行描述
  • 状态函数
    • 概念 ：用于确定体系状态的物理量，当这些物理量都确定时，体系就处于一定的状态；当这些物理量有应该或者几个发生变化时，体系的状态也随之发生变化。
    • 分类
      • 广度性质（容量性质）：具有加和性，即整个体系的某种广度性质的值等于体系中各部分该性质值的总和，例如，体系的质量、体积、物质的量、热力学U
      • 强度性质：没有加和性，整个体系的某种强度性质的值与各部分的强度性质的值都是相同的，例如，体系的温度、压强、密度
      • 两种广度性质相除后，就成为强度性质
    • 特征
      • 体系的状态固定时，状态函数具有确定值。体系的状态发生变化时，状态函数的变化只与体系的始态和终态有关，而与变化过程的具体途径无关
      • 体系的状态函数之间存在一定的制约关系
    • 注意
      • 状态函数是体系本身固有的性质，只有当体系的状态函数具有确定的数值时，才能说体系处于一确定的状态
      • 热力学状态与通常所说的物质的存在状态（气、固、液）不是同一概念
• 过程与途径
  • 途径：体系由始态变化到终态，可用不同的方式，通常把完成某过程变化的具体步骤称为途径
  • 过程
    • 概念：体系发生的任何变化
    • 分类
      • 等温过程：在整个过程中体系的温度保持不变，或始、终态温度相同而中间可以有波动并等于环境温度。（人体内发生的生化反应可以认为是等温过程）
      • 等压过程：整个过程中体系的压力保持不变，或者始、终态压力相同而中间可以有波动并等于环境压力
      • 等容过程：整个过程中体系的体积保持不变
      • 绝热过程 ：状态有变化，但体系和环境间无热交换
    • 注意：状态函数的变化值只决定于始态和终态，而与状态的具体变化途径无关
• 热和功
  • 都不是状态函数 是体系与环境间交换或传递的能量的两种形式
  • 热
    • 概念：由体系与环境之间的温差而引起的交换或传递的能量。用符号Q表示，单位：J或kJ
    • 表示
      • 体系从环境吸收热量，Q>0
      • 体系向环境放出热量，Q<0
    • 注意：热总是与过程相联系，不能说体系含有多少热，只能说体系在某一过程中吸收或放出多少热
  • 功
    • 概念：除热以外，体系与环境之间交换或传递的其他各种形式的能量，符号W，单位J或kJ
    • 表示
      • 体系得功，即环境对体系做功（体积压缩），W>0
      • 体系失功，即体系对环境做功（体积膨胀），W<0
    • 分类
      • 体积功：由于体系体积变化而与环境交换的功，W 表达式：W=-F·l=-p·△S·l=-p·△V
      • 非体积功（其他功）：除体积功以外的功，如电功，W'
• 内能
  • 是状态函数
  • 概念：体系内部能量的总和，符号U。包括体系内各物质分子的动能，分子间的位能……以及核能
  • 注意：体系能内的绝对值无法测定，只能测量其相对改变量△U，△U=U终-U始
• 热力学第一定律（能量守恒定律）
  • 表述：自然界的一切物质都有能量，而能量具有各种不同的形式，并可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递的过程中能量的总值不变
  • 表达式
    • 封闭体系从始态A（热力学能为U₁）经历各种途径到终态B（热力学能为U₂），则有△U=U₂-U₁
    • 封闭体系从一个状态变到另一个状态，其热力学能的变化等于体系从环境吸收的热量与体系对环境所做功的代数学和，即△U=Q+W。（当体系只做体积功时，△U=Q+W=Q-p·△V）