物理化学之热力学

详细热力学思维导图来啦！热力学是大学物理重点章节，下面的思维导图对热力学做了详细的整理总结，主要从统计物理学基础、热力学第一定律以及热力学第二定律入手。通过不同颜色标注重点，复习更轻松。

基本概念

• 系统与环境
  • 系统
    • 研究对象
  • 环境
    • 研究对象以外并且与系统有关系的部分
  • 三大系统
    • 敞开系统
      • 环境与系统可进行物质与能量交换
    • 密闭系统
      • 环境与系统间只存在能量交换
    • 孤立系统
      • 物质与能量在系统和环境间均不交换
• 状态和状态性质
  • 状态
    • 物理性质与化学性质的综合表现
  • 状态性质
    • 均为宏观物理量
  • 状态性质
    • 广度性质
      • 与系统中物质的量有关，具有可加性，整个系统该部分广度性质的值等于系统各部分的总和
      • 包括体积V、质量m、物质的量n、热力学能U、焓H、熵S、吉布斯自由能G等
    • 强度性质
      • 与系统中物质的量无关，不具有可加性，系统中各部分强度性质数值相同。
      • 两个广度性质之比成为系统的强度性质
      • 广度性质与物质的量之比成为系统的强度性质
  • 状态函数
    • 仅取决于系统所处的状态，而与系统的历史无关
    • 不是所有的状态性质都具有可加性
    • 异途同归，值变相等； 周而复始，数值还原。
    • 系统状态确定后，状态函数的值也确定
    • 经循环过程，状态函数的值不变
    • 系统变化时，状态函数的改变值只由系统的初终态决定
  • 状态函数的特点
    • 1.微小数值的变化可以用全微分表示
    • 2.增量只与系统的初末态有关，与变化途径无关
• 热力学平衡
  • 热平衡
    • 系统各部分温度相等
  • 机械平衡
    • 系统各部的压力都相等，边界不再移动，如果有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡
  • 化学平衡
    • 反应系统中各物的数量不再随时间而改变
    • 例如，系统中的物质不反应或系统处于化学反应平衡态
  • 相平衡
    • 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变
• 热和功
  • 热
    • 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。
    • 热的本质是分子无规则运动强度的一种体现
    • 计算热一定要与系统与环境之间发生热交换的过程联系在一起，系统内部的能量交换不可能是热。
    • 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
    • 环境对系统作功，W>0 系统对环境作功，W<0
    • 由微观粒子的有序运动所引起
    • 气体向真空膨胀，系统对外不做功，即W=0
    • 功可以分为体积功和非体积功，热力学中一般不考虑非体积功
  • 联系
    • 功和热均为过程函数
    • 均用能量单位“焦耳J”表示
    • 功和热只存在于系统和环境的界面上
    • Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
    • Q和W的微小变化用符号“δ”而不能用“d”表示
    • 热和功出现于系统状态变化的过程中，且这种变化需要引起系统的能量变化
  • 与热力学能（内能）的区别
    • 当传递过程一结束，功和热都转化为系统的热力学能的改变。 即ΔU=W+Q
    • 功和热不是体系的能量，而是体系与环境进行能量交换的一种形式
• 过程与途径
  • 四大过程
    • 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）
    • 循环:体系经过系列变化后，初末态不变，即Δ（状态函数）=0
  • 可逆与不可逆
    • 热力学可逆过程
      • 某过程进行以后系统能够恢复的同时，环境也能恢复原状，且未留下任何永久性变化，称为“热力学可逆过程”
    • 热力学不可逆过程
      • 某一过程之后，在系统恢复原状的同时，环境中必定会留下某种永久性变化，即环境无法完全复原，此过程称为“热力学不可以过程”
  • 途径
    • 体系由始态到终态的具体历程称为途径
    • 每一个途径可由一系列过程组成
• 内能
  • 任意系统在状态，一定是系统内的能量是定制计系统内部的能量是一状态性质。
  • 热力学能U(内能):系统内物质所有能量的总和 U=f（T,V）
    • 分子的动能=f（T）
    • 分子间势能=f（V）
    • 分子内部粒子的能量，为常数
  • U为状态性质，所以ΔU只取决于系统的始态和终态，而与变化途径无关
  • 热力学能的绝对值无法测量，可测量的是热力学能的变化量