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同学你好

我们今天介绍一下热力学基本概念

首先看一下系统和环境

我们把要研究的对象称为系统

那么与系统相关的

之外的物质和空间都称为环境

系统是我们自己选择的

比如说这个系统你可以选择大也可以选择小

那么这个环境就是系统和环境

就是相关联的部分

都称为环境

按照系统和环境之间交换能量的不同

我们把系统分成三类

一类呢就是孤立系统

孤立系统就是系统与环境之间

既没有物质交换

也没有能量交换

比如这样的一个暖瓶

保温瓶

如果它的保温效果良好

而且这个绝热的活塞也是

保温的

那么现在这暖瓶里的水

就是一个孤立系统

也叫隔离系统

第二个就是封闭系统

封闭系统是系统与环境之间

只有能量交换

没有物质交换

比如这个暖瓶

现在如果

我们把这个活塞和这个四壁都换成导热的

那么现在这里的水

就变成了一个封闭系统

它和外界没有物质交换

只能通过4壁进行能量交换

第三种是敞开系统敞开系统

敞开系统就是既有物质交换

又有能量交换

那么这个暖瓶

如果是一个导热壁

而且我们把这个活塞去掉的话

这里的水就变成了一个敞开系统

既可以交换物质

也可以交换能量

下面介绍热力学平衡态

热力学平衡态

就是简称平衡态

是指在一定的条件下

一定的条件下系统的各个性质

都不随时间而改变的状态

那么这个平衡主要包括

热平衡

力平衡

相平衡

和化学平衡四种

热平衡就是指系统各部分的温度都相等

没有热交换

力平衡是指

系统各个部分受力都是比较均衡的

没有这个不平衡的力存在

相平衡是指

如果这个系统中含有多组份

多项体系的话

那么同一种物质在各个相之间的转移

达到平衡

那么它的组成不再随着时间变化

化学平衡

是指系统内部如果发生了一个化学反应

那么这个化学反应达到平衡

反应物质前后处于平衡状态

各个反应物和产物它的浓度不再随时间变化

下面介绍一下状态和状态函数

状态是指系统所有性质的综合表现

那么所有的性质固定以后

系统的状态也就确定了

系统的状态和系统的所有的性质

是一一对应关系

系统的性质

包括系统一切的物理性质和化学性质

这个又分为强度性质和容量性质

强度性质就指

与系统中所含的物质的量无关的性质

我们把它称为强度性质

像温度T

压力P

密度ρ等等

它都属于强度性质

它们没有加和性

另一个容量性质

就是与系统中所含物质的量成

成比例的性质

像

体积

质量

它都具有加和性

叫容量性质

所有的性质确定以后

状态也就确定了

这个我们强调过了

状态确定以后

系统所有的性质也就确定了

它们成一一对应关系

确定的状态之下

各个性质之间是有一定的关系的

像理想气体

它就存在着

V等于nRT比上P这样的状态方程

也就是说理想气体的体积

它是温度T压力P的函数

n代表物质的量

R代表理想气体常数

对于单向纯物质的封闭体系

单向纯物质封闭体系

只要确定两个性质

系统的状态也就确定了

通常我们会取温度T和压力P

这两个比较容易确定的量

系统状态确定以后

状态函数也就相应确定了

状态函数实际上就是系统所有的性质

我们把它称为状态函数

严格来说就是描述系统状态的

各宏观的物理化学性质

即系统的热力学性质

我们把它称为状态函数

状态函数有两个重要的特征

第一个就是状态函数的改变量

德尔塔Z

只与始胎和末态有关

等于Z2末态的

减去始态Z1

那么它与经历的过程和历史没有关系

利用状态函数的这个特征

我们用来解决热力学问题

所以这个特征是非常重要的

利用这种方法解决热力学问题

我们又把它称为状态函数法

第二个特征是状态函数

它具有全微分的性质

全微分可以写成dZ的形式

全微分等于偏微分之和

对于单向纯物质

我们可以用两个性质来确定体系的状态

那么如果我们用xy代表这两个性质

那么xy确定以后

体系的状态就能确定

所以状态函数Z也就确定了

这样Z就可以写成xy的函数

那么Z的全微分

就等于它对x求偏微分之后

加上对y求偏微分

状态函数的微分具有全微分的性质

全微分的积分与积分途径无关

所以大量的状态函数的改变值德尔塔Z

只从始态积到末态

那么就得到Z2减去Z1

下面介绍一下过程和途径

系统和环境之间进行的转变

按照条件不同

我们可以划分成一些过程

比如等温过程

也就是始态的温度和末态的温度相等

等于环境的温度

等压过程

也就是始态的压力等于末态的压力

等于环境的压力

等容过程就是始态的体积等于末态的体积

绝热过程

始态的和末态之间Q等于0

循环过程

使始态回到

从始态回到始态

这样状态函数的改变值德尔塔X等于0

因为我们知道状态函数只与始末状态有关

与它建立的途径无关

所以它回到自己的始态之后

完成一个循环过程

状态函数的改变值为零

自由膨胀过程

也就是向真空膨胀

向真空膨胀P等于0

那么他所做的功W等于0

完成这些过程

它所经历的具体的步骤

我们把它称为途径

这节就讲到这里