热力学基本原理

这是一篇关于热力学基本原理的思维导图，讲述了热力学基本概念及术语、可逆过程及体积功、相变热、过程热及计算等。

热力学基本原理

• 热力学基本概念及术语
  • 系统与环境
    • 敞开系统:系统与环境既有物质交换，又有能量传递
    • 封闭系统:有能量传递，无物质交换（最常用）
      • 绝热系统：无热传递的封闭系统
    • 孤立系统:既无能量传递，也无能量交换
  • 系统的性质
    • 广度性质:数值与所含mol量正比，具加和性（m，v，c，s，u）
    • 强度性质:数值取决于系统的特性，与mol量无关（T，ρ，p）
    • 广度性质／广度性质=强度性质
  • 热力学平衡态
    • 热平衡:系统各部分T相同。
    • 力学平衡:系统各部分F平衡.
    • 相平衡:系统各组成和数量不变。
    • 化学平衡:系统各组分不变。
  • 状态函数与状态方程
    • 状态函数:由系统状态决定的各种热力学性质。
      • 单值函数，确定性
      • 状态函数改变量只与系统始终态有关，与途径无关。
      • 状态函数的微小变化在数学上是全微分
      • 构成的初等函数也是状态函数
    • 状态方程:状态函数定量关系（pV＝nRT）
  • 过程与途径
    • 等温:系统始终态温度相等且等于环境温度
    • 等压:始终态压力相等
    • 等容:系统v不变
    • 绝热:系统与环境没有热传递（Q＝0）
  • 热和功
    • 热:系统与环境的温度差引起的能量传递
    • 功:其他一切被传递的能量。
    • 能量传递的两种方式
• 热力学第一定律
  • 实质——能量守恒:△U＝Q+W
  • 系统总能量
    • 热力学能U(内能):系统内所有粒子除整体动能外所有能量的总和
  • 理想气体
    • 分子间无相互作用力
    • 分子本身无体积（质点）
    • 状态方程：pV=nRT
      • pVm=RT
  • 理想气体热力学能
    • 低压气体向真空中膨胀 △U=0
• 焓
  • H=U+pV （状态函数，广度性质）
  • △U＝Qv(封闭系统，△V＝0，W'＝0)
  • △H＝Qp(封闭系统，△P＝0，W'＝0)
• 热容C
  • 无化变，相变且非体积功为0
  • mol热容:1mol物质的热容
  • C＝δQ/dT
    • △U＝Qv＝Cv△T
    • △H＝Qp＝Cp△T
    • Cp,m-Cv,m＝R理想气体
• 过程热及计算
  • 理想气体的热力学能仅是温度的函数，与体积或压力无关
  • 理想气体的焓也仅是温度的函数，与体积或压力无关
  • 定容热 定压热
  • 理想气体
    • 单原子——Cv,m=3/2R
    • 双原子——Cv,m=5/2R
  • 热容与温度关系
• 相变热
  • 同种物质的相变化
    • l——g：蒸发焓
    • s——g：升华焓
    • s——l：熔化焓
    • 平衡关系 P=f(T)
  • 热化学方程式
• 可逆过程及体积功
  • • 体积功
      • 体积功:由系统体积变化而引起功的交换(δW＝-PedV)不论系统是膨胀还是被压缩，外力一定是外压。
      • 功与途径有关，无限多次膨胀，系统对环境做最大功；无限多次压缩，环境对系统做最小功
      • 过程功
        • 自由膨胀:外力为0，系统对外不做功
        • 恒定外压膨胀:在相同始终态之间分步越多， 系统对外所做的功越大。
        • 准静态膨胀过程:W＝-nRTln（V2/V1） （气缸中的气体是理想气体，且为等温膨胀）
    • 可逆过程:经过状态改变后，系统和环境都完全复原。（无能量亏损）
      • 无限小的变化进行，持续性无限接近于平衡态
      • 系统对环境做最大功，反过来做最小功，效率最高
      • 可逆体积功