热力学第一定律知识梳理

高中物理学习必备资料！下图对热力学第一定律进行了知识梳理，包括系统与环境的基本概念、标准摩尔反应焓、热熔、相变焓、恒容热、恒热压与焓等要点内容，值得收藏学习。

热一定律

• 一，基本概念
  • 一，系统与环境
    • 1,定义
      • 系统:所研究的空间
      • 环境:系统以外且与其密切相关
    • 2,说明
      • ①少数粒子不成系统
      • ②系统与环境根据问题任意选择
      • ③系统与环境存在物质交换和能量交换
      • ④系统与环境直接的界面，有真实存在也有假想
    • 3,分类
      • 敞开系统:有物质交换，有能量交换
      • 封闭系统:无物质交换，有能量交换
      • 隔离系统:无物质交换，无能量交换
  • 二，系统的性质
    • 1,宏观性质
      • PVT（可直接测）；UH，内能，焓（不能直接测）
    • 2,分类
      • 广延性质:数值与物质量有关，具有加和性，如:V,m
      • 强度性质:数值与物质量无关，不具加和性，如:T,P,ρ
      • 注:系统某一广延性质的mol量是强度性质
  • 三，状态和状态函数
    • 1,状态
      • 系统物理,化学性质综合表现
    • 2,状态与性质关系
      • 性质一定，状态一定
    • 3,状态函数
      • 状态一定值一定， 殊途同归变化等， 周而复始变化零。
  • 四，平衡态
    • 1,定义
      • 无外界影响或系统与外界无联系，状态不随时间而改变
    • 2,说明
      • 满足:热平衡，力平衡，物质平衡
  • 五，过程和途径
    • 1,过程
      • 状态发生的任何变化，有始态，终态
    • 2,途径
      • 状态变化历程，途径不同（如何从始到终）
    • 3,常见过程
      • 恒温，恒压，循环（所有状态函数变化值为0），绝热过程
  • 六，热与功
    • 1,热
      • 1,定义
        • 由于系统与环境之间温度不同而导致传递能量，Q表示
      • 2,符号
        • 规定吸热为+，放热为－，（+.－）表示热的传递方向
      • 3,说明
        • 热不止于始终态有关，还与变化途径（途径函数）有关
        • 热不是状态函数微小变化时用δ表示，不用dQ
      • 4,名称
        • 根据过程不同,命名为 汽化热,融化热,化学反应热(标准反应热); 其他分类,显热(单纯pvt变化热,无相变无化学变化),潜热:相变热(汽化热融化热)
    • 2,功
      • 1,定义
        • 除了热以外，系统与环境之间交换的能量 W表示
      • 2,符号
        • 规定 得功+，做功－
      • 3,分类
        • 体积功:系统体积变化与环境做功
        • 非体积功:除体积功以外其他功:电功,表面功
      • 4,体积功通式
        • 微小功:δW=－P环·dV
        • 总功: W=－P环·(V2－V1) (恒外压过程)
      • 5,通式注意
        • 引入(－)
        • W体只与P环有关，与P系无关
        • 适用于压缩，膨胀
  • 七，可逆体积功
    • 1,途径
      • 可逆体积功是途径函数
      • ①真空膨胀(自由膨胀):W=0
      • ②一次膨胀(恒外压膨胀): W1=－P2·(V2－V1)
      • ③二次膨胀:|W1|＞|W2|
      • ④准静态过程:(膨胀次数足够多) 变化过程中系统内部无限接近平衡态,做最大功
    • 2,可逆过程
      • 无限接近平衡状态下的过程
      • ①过程动力和阻力相差无限小，经历的时间无限长
      • ②进行相反过程时，系统和环境都可以恢复原状
      • ③系统对外做功时，对环境作最大功；环境对系统做功时，环境对系统做最小功
    • ※3,可逆体积功
  • 八，内能(热力学能) U
    • 1,定义
      • 系统内所有分子除整体动能,整体势能外全部能量之和
    • 2,包括
      • 分子运动都能,分子间相互作用,分子内部能量
    • 3,性质
      • 宏观性质,内能是状态函数,广延性,内能绝对值无法测定
    • 4,影响内能的变量
      • 广元性质，与物质的量n无关。PVT三个性质任意确定两个U确定
• 八，焦耳-汤姆生效应 J-T效应 节流膨胀
  • 1，定义
    • 绝热条件下，流体始终态分别保持恒定压力下的膨胀过程
  • 2，热力学特征
    • 等焓过程；pg,ΔU=0,ΔH=0
    • 实际气体
      • H=f(T,P)
      • J-T系数μ
        • 若μ<0,致冷
        • 若μ＞0,致热
        • 若μ=0,为pg节流膨胀
• 七，pg绝热可逆体积功
  • 一，pg恒温可逆方程式
    • W=-∫PdV=nRTln(V2/V1)
  • 二，pg绝热可逆方程式
    • TV^γ-1=K
    • PV^γ=K
    • T^γ*P^1-γ=K
  • 三，pg绝热体积功
    • (1/(γ-1))(P2V2－P1V1)
  • 四，pg绝热可逆体积功
    • W=ΔU=nCvm(V2-V1)
• 六，标准摩尔反应焓
  • 一，标准摩尔反应焓
    • 1，反应进度
      • dξ=dnB/νB
    • 2，摩尔反应焓
      • 反应在恒T恒P组成n一定条件下,进行一mol反应引起的焓变
      • ΔrHm(T,P,yc)=ΣνbHb(T,P,yc)
    • 3，物质标准态,标准摩尔反应焓
      • 萃取
  • 二，标准摩尔生成焓
    • 1，生成反应
      • 单质→化合物
    • 2，摩尔反应焓
      • 温度T,标准状态下由稳定单质生成1molβ相的B的焓变，称为化合物B的标准摩尔生成焓
    • 产物和－反应物和
  • 三，标准摩尔燃烧焓
    • 完全氧化
    • 完全氧化产物标准摩尔燃烧焓=0
  • 四，基希霍夫公式
• 五，相变焓
  • 一，相,想变,相变焓
    • 1，相
      • 系统中物理性质和化学性质完全相同的部分
    • 2，相变
      • 系统中的物质在不同相之间的转变，纯物质不同相的改变
    • 3，相转移
      • 萃取
  • 二，相变焓
    • 1mol纯物质在标准状态下温度平衡压力下相变时焓变，称为该物质在温度T下的相变焓
    • 不可逆相变需设计具有相同始终态的可逆途径
• 四，热容
  • 一，摩尔热容
    • 1，定容摩尔热容 Cvm
      • 1,定义
        • 1mol物质在恒V，非体积功=0的条件下温度上升1K吸收的热，单位:J
      • 2,定义式
        • Cvm=δQv/dT
    • 1，定压摩尔热容 Cpm
      • 1,定义
        • 1mol物质在恒P，非体积功=0的条件下温度上升1K吸收的热，单位:J
      • 2,定义式
        • Cpm=δQp/dT
    • 查表注意物质的种类相态,随温度的变化
  • 二，Cpm,Cvm关系
    • 凝聚相:Cpm≈Cvm
    • 理想气体:R(pg)=Cpm－Cvm
  • 三，pg,Cvm的近似值
    • 单原子分子:Cvm=3/2R 双原子分子:Cvm=5/2R 三原子分子:Cvm=7/2R
  • 四，Qv(ΔU),Qp(ΔH)
    • pg: ΔU=nCvm(T2－T1)
    • pg: ΔH=nCpm(T2－T1)
• 三，恒容热、恒压热与晗
  • 一，恒容热Qv
    • 封闭系统，体积恒定，非体积功=0 ΔU=Qv
  • 二，恒压热及焓
    • 封闭系统，恒压，非体积功=0 Qp=(U2+P2V2)－(U1+P1V1)
    • Qp=ΔH
  • 三，焓的性质
    • 是状态函数， 具有广延性质， 绝对值无法测定
    • 单位
      • J,kJ
    • 物理意义
      • U有物理意义， H无物理意义， ΔH有物理意义 ΔH=Qp,恒压过程中交换的热叫焓变
    • 理想气体,焓只是温度的函数
  • 四，Qv=ΔU,Qp=ΔH 是热化学基础
    • U和H不存在绝对值直接测不出，但ΔH,ΔU可由实验测,量热法
• 二，热一定律
  • 一，热一定律及数学表达式
    • 1,热一定律是能量守恒定律
      • 隔离系统中无论发生何种变化都守恒,过程间能量相互传递，相互转化
    • 2,数学表达式
      • 隔离系统=系统+环境 ΔU=Q+W
  • 二，理想气体内能性质(焦耳实验)
    • 温度相同时，内能不随PV为变化而变
  • 三，热力学第一定律，其他表述
    • 第一类永动机造不出来
    • 那能是状态函数(反正法证明)