热力学第一定律

热力学第一定律主要是描述物质变化过程中热效应等能量转换问题！自然界的一切物质都具有能量，能量有名种不同形试，能够从一种形式转化为另一种形试，但在转化过程中，能量的总值不变。

热力学第一定律

• 热力学第零定律
  • 如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也处于热平衡状态
• 基本概念
  • 系统与环境
    • 被划定的研究对象称为系统
    • 环境：与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境
  • 状态函数
    • 系统状态的一系列表征系统的物理量
    • 所学的状态函数:U、H、S、G、A、V(数学上具有全微分的性质)
  • 状态方程
    • 系统状态函数之间的定量关系式，如T=f (PV)
  • 过程与途径
    • 过程
      • 在一定的环境条件下，系统发生了一个从始态到终态的变化，称为系统发生了一个热力学过程
      • 等温T1＝T2＝T3
      • 等压P1=P2=P3
      • 等容dV=0
      • 绝热 Q=0
      • 环状过程∮dU=0
    • 途径
      • 从始态到终态的具体步骤称为途径
  • 热与功
    • 热
      • 系统与环境之间因温差而传能的能量称为热， 用符号Q表示
      • Q的取号
        • 系统吸热：Q＞0
        • 系统放热：Q<0
    • 功
      • 系统与环境之间传递的除热以外的其他能量都称为功，用符号W表示
      • 系统对环境做功，W<0
      • 环境对系统做功,W＞0
      • ∂W=∂We膨胀功(expand）＋∂Wf非膨胀功
• 热力学第一定律
  • 自然界的一切物质都具有能量， 能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变
  • 热力学能U
    • 系统内部能量的总和
    • 状态函数
    • △U=U2-U1=Q＋W(通常不要求求非体积功，固一般W=We)
• 准静态过程与可逆过程
  • 体积功的计算
    • 自由膨胀
      • W=0
    • 外压始终维持恒定
      • W=- Pe(V2-V1)(e为external的缩写)
    • 外压pe总比内压小一个无限小的膨胀
      • W=- nRTln(V2/V1）
  • 准静态过程
    • 在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程
  • 可逆过程
    • 系统经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能使系统和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。
    • 特点
      • 1、可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过程是由一连串非常接近于平衡态的状态所构成
      • 3、在反向的过程中，用同样的手续，循着原来过程的逆过程，可以使系统和环境都完全到原来的状态，而无耗散效应
      • 3、等温可逆过程中，系统对环境做最大功，环境对系统做最小功
• 焓(H)
  • 定义
    • H=U+PV
  • 计算
    • 等压，不做非体积功
      • △H=Qp
        • 系统的熔变等于等压热效应（可用于简单变化、相变、化学变化)
      • AH=∫CpdT
      • △H=∫nCp,mdT
        • 理想气体不受等压限制
• 热容(C)
  • 定义
  • 定压热容
    • • 对应定压摩尔热容
  • 定容热容
    • • 对应定容摩尔热容
• 对理想气体的应用
  • Gay-Lussac-Joule实验
    • 理想气体的热力学能U和焓H都仅为温度的函数，而与p，v无关,Cv,Cp同为温度的函数
  • Cv与Cp的关系
    • 理想气体
      • Cp-Cp=nR
      • Cp,m-CV,m=R
    • 单原子系统
      • Cv,m=3/2R Cp,m=5/2R
    • 双原子系统
      • Cv,m=5/2R Cp,m=7/2R
  • 绝热过程的功和过程方程式
    • W=△U=Cv(T2-T1)
    • TVγ-1=常数
    • pVγ=常数
• Carnot循环
  • 四个过程
    • • 等温可逆膨胀
      • 绝热可逆膨胀
      • 等温可逆压缩
      • 绝热可逆压缩
  • 整个循环
    • △U=0, Q=-W
  • 热机效率
    • 可逆热机
    • 任意热机
    • 冷冻系数
• J-T效应
  • 节流过程
    • △H=0
  • 焦汤系数
    • • Uj-t＞0，气体经节流膨胀温度降低
      • Uj-t<0，气体经节流膨胀温度升高
      • Uj-t=0，气体经节流膨胀温度不变
        • 这时温度称为转换温度
        • 理想气体uj-t=0
  • 实际气体的 △U和△H
    • 实际气体的V不仅是温度的函数，还与p（或V) 有关
• 热化学
  • Qp=Qv+△n(RT)或或△rH=△rU+△n(RT)理想气体
    • 等容热效应
    • 等压热效应
• Hess定律
  • 反应的热效应只与起始和终了状态有关，与变化途径无关
• 几种热效应
  • 标准摩尔生成恰△fHm theta
    • 在标准压力下，反应温度时，由最稳定的单质合成标准状态下单位量物质B的熔变，称为物质B的标准摩尔生成焓
  • 标准摩尔燃烧恰△cHm theta
    • 化学反应的烙变值等于各反应物燃烧烙的总和减去各产物燃烧烙的总和
  • 从燃烧焓可以计算反应焓变，反应焓变等于各反应物燃烧焓的总和-各产物的燃烧焓的总和
• 反应焓变与温度的关系
  • △rHm(T2)=△rHm(T1)+∫t1t2△CpdT
• 绝热反应一非等温反应
  • 如果热量来不及逸散(或供给)，系统温度就要发生变化，始终态温度将不相同。 绝热极端情况下，系统终了时温度就要改变可用此方法求解