热力学第一定律

这是一篇关于热力学第一定律的思维导图，讲述了可逆工程与最大功、定容过程热及定压过程热、热熔、理想气体的热力学能和焓。

热力学第一定律（1-5—1-9）

• 可逆过程与最大功
  • 自由膨胀
    • Pe=0 ,W=-PdV=0
  • 等外压膨胀（Pe=P）
    • W=-P(V2-V1)
  • 外压差距越小，膨胀次数越多，做得功越多
  • 可逆过程
    • 外压比内压小一个无穷小的值（膨胀）
    • 可逆压缩
    • 可逆过程中，系统对环境做功最大，环境对系统做功最小
    • 准静态过程
      • 无限接近于平衡的状态
      • 在没有摩擦力等不可逆因素的情况下为可逆过程
    • 可逆过程特点
      • 无限接近于平衡状态（准静态过程），内外强度性质相差无限小量
      • 任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达
      • 一个循环后，系统和环境军恢复原态
      • 等温可逆过程中，系统对环境最功最大，环境对系统做功最小
    • 条件：理想气体，等温
• 定容过程热及定压过程热与焓
  • 恒容热
    • 定义：恒容条件下，封闭系统下制作体积功而无非体积功的热效应
    • Qv=▲U
  • 恒压热
    • 恒压条件下，封闭系统只做体积功而无非体积功的热效应
    • P=Pe=常数
    • 过程函数
    • 因为W=-Pe▲V=-P（V2-V1）,所以▲U=Qp-P（V2-V1），则Qp=▲（U+pV）
  • 焓
    • 令H=U+pV,称H为焓
    • 状态函数，无明确物理意义，但具有能量的量纲
    • 单位：kJ/mol
    • ▲H=▲U+▲（pV）
  • 注意：
    • 等压热数值上等于系统的焓变，并不意味着等压过程热也为状态函数
    • 焓可用于任何过程的计算，▲H=▲U+▲（pV）=Q+W+▲（pV）
    • 理想气体（固液相近）的H、U只是T的函数
• 热容
  • 显热：用来改变系统的温度；潜热：用于相变或化学反应
  • 不发生相变和化学反应且无非体积功条件下，一均相对封闭系统升高单位热力学温度多吸收的热量，称为热容C，单位为：J/(K.kg)、J/(K.mol)
  • 比热容：规定物质的数量为1g（1kg）的热容；摩尔热容Cm：物质数量为1mol
  • 教材一般都是平均热容
  • 恒容摩尔热容和恒压摩尔热容（不作非膨胀功）
  • 理想气体的热容
    • Cp，m比Cv，m多nR
    • 过程热Q的计算
• 理想气体的热力学能和焓
  • 盖吕萨克实验：证明理想气体的热力学能仅是温度的函数，与体积和压力无关，即U=U(T),也可推出H=H(T)
• 热力学第一定律的应用（理想气体）
  • 恒温过程
  • 恒容过程
  • 恒压过程
  • 自由膨胀过程：所有都为0
  • 绝热过程
    • 从同一始态出发，经绝热可逆和绝热不可逆，系统达不到相同的末态，且不可逆末态比可逆末态温度更高
  • 相变过程
    • 相：系统中性质完全相同部分
    • 相变：物质不同相态转变，如蒸发、升华等
    • 定压和不做非体积功条件下，相变热可用焓变▲H表示