热力学基本概念

热力学基本概念，整理了系统与环境、系统的变化和过程、热（Q）和功（W）的知识，欢迎一起来学习。

热力学基本概念

• 系统与环境
  • 系统
    • 热力学研究的对象（是大量分子 原子 离子等物质微粒组成的宏观几集合体）
    • 系统和系统之外的周围部分存在边界
  • 环境
    • 与系统通过物理界面 （or假象的界面）相隔并与系统密切相关的周围部分
  • 系统分类
    • 敞开系统
      • 与环境之间通过界面 既有物质的质量传递 也有能量的传递（以功和热的形式）
        • 敞开的水杯
    • 封闭系统
      • 与环境之间通过界面只有能量的传递 无物质传递（封闭系统中物质的质量守恒）
        • 扣盖子的水杯
    • 隔离系统
      • 与环境之间无物质的质量传递。也无能量的传递（隔离系统中物质的m守恒 E也守恒）
        • 理想的保温杯 刚性绝热容器
  • 系统的宏观性质
    • 热力学系统是大量分子 质子 离子等微观粒子组成的宏观集合体 该集合体表现出来的集体行为
    • 例如/ P V T U H S A G 等叫作热力学系统的宏观性质（or简称热力学性质）
    • 宏观性质
      • 强度性质
        • 与系统中所含物质的量无关 无加和性（eg.P T）
      • 广度性质
        • 与系统中所含物质的量有关 有加和性（eg. V H U）
    • 强度性质＝ 一种广度性质/另一种广度性质 （eg. Vm＝V/n 密度＝m/V 等）
  • 相
    • 定义
      • 系统中物理性质以及化学性质均匀的部分
    • 系统中根据其中所含相的数目 分为
      • 均相系统
        • 系统中只含有一个相
      • 非均相系统
        • 系统中含两个以及两个以上的相
  • 系统的状态和状态函数
    • 系统的状态是指系统所处的样子 热力学中采用系统的宏观性来描述系统的状态 所以系统的宏观性质也称为系统的状态函数
    • 对于一定量的单组分均相系统 系统的任意一个宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数 该实验室由实验结果得到 表示为Z＝f（x，y）
      • 即：系统的两个宏观性质 x，y 的值确定了 那么系统的状态也就确定了 则系统的任一宏观性质（状态函数）Z 均有确定的值
    • 当系统的状态发生变化时 状态函数的改变量只决定与系统的时态和终态 而变化的过程与途径无关
      • 即：状态函数的改变量＝系统终态的函数值-系统始态函数值
  • 热力学平衡态
    • 系统在一定环境条件下 经过足够长的时间 其各部分可观测到的宏观性质都不随时间时间而改变 此后将系统隔离 系统的宏观性质仍不发生改变
    • 热力学系统必须同时实现以下几个方面的平衡 才能建立热力学平衡态
      • 热平衡
        • 系统各部分的温度T相等，若系统不是绝热的，则系统与环境的温度也要相等
      • 力平衡
        • 系统各部分的压力P相等
          • 定容体系
          • 不是定容体系
      • 相平衡
        • 系统中的各相可以长时间共存，即各相的组成和数量不随时间改变
      • 化学平衡
        • 若系统各物质之间可以发生化学反应，则达成平衡后 系统的组成不随时间改变
• 系统的变化和过程
  • 过程与途径
    • 过程
      • 在一定环境改变下 系统由始态变化到终态的经过
    • 途径
      • 系统由始态变化到终态所经历的所有过程的总和
    • P V T 变化过程 相变化过程 化学过程
      • eg 理想气体的热力学能是温度的单值函数 T不变 △U＝0
  • 可逆过程
    • 系统按照过程
• 热（Q）和功（W）
  • 热：由于系统与环境之间温度对存在而引起的能量传递形式
    • Q＞0
      • 表示系统从环境吸热
    • q＜0
      • 表示系统向环境放热
  • 功：由于系统与环境之间压力差的存在or其他机 电 力 的存在引起的能量传递形式
    • W＞0
      • 表示环境对系统做功
    • W＜0
      • 表示系统对环境做功
    • 体积功和非体积功