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7.状态函数法

途径：实现初态到末态所经历地过程地总和.

系统由某一始态变化到某一终态往往可通过不同途径来实现,而在这一变化过程中系统地任何状态函数地变化值,仅与系统变化地始、终态有关,而与变化经历地不同途径无关.例如,下述理想气体地PVT变化可通过两个不同途径来实现：LDAYtRyKfE 始态<一定量理想气Zzz6ZB2Ltk 终态<一定量理想气即途径Ⅰ仅由等容过程组成；途径Ⅱ则由等温及等压两个过程组合而成.在两种变化途900K 300K 途径Ⅰ 0.3MPa 0.1MPa 径中,系统地状态函数变化值,如却是相同地,不因途径

3等容过程 0.015m 0.015m3 不同而改变.状态函数地这一特点,在热力学中有广泛地应用.例如：不管实际过程如何,可以途径Ⅱ 根据始态和终态选择理想地过程建立状态函数间地关系；可以选择较简便地途径来计算状300K 态函数地变化等等.这套处理方法是热力学中地重要方法,通常称为状态函数法.dvzfvkwMI1 等压过程 等温过程 0.3MPa 2.3 热力学第一定律 0.005m3 1.热与功

系统发生过程时与环境交换能量地形式. <1）热

① 定义：由系统与环境地温度差引起地能量交换. ② 表示方法：Q 若系统吸热,规定为正值.

若系统放热,规定为负值.

③ 途径函数：除了与系统地始态、末态有关外,还与具体地途径有关. <2）功

① 定义：是系统与环境间因粒子地有序运动而交换地能量. ② 表示方法：W 数值以环境地实际得失来衡量

规定系统得功时,W为正值 规定对环境做功时,W为负值 ③ 分类：

◆ 体积功：由于系统体积变化而与环境交换地功. ◆ 非体积功：除上述之外地功

本课程非体积功有：

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表面功－液体系统在恒定体积下变化其表面积而变换地功,该过程伴随着液体分子在表面地扩展或收缩方向上地定向运动.rqyn14ZNXI 电功－是系统连接外电源<环境）而产生地.

④ 计算体积功――其本质为机械功<力与力作用下产生位移地乘积）

例如气体地膨胀(或压缩>一个微小量dV(或 -dV>引入：

热源 气体V

分析该过程：

气缸内地气体

dL dV=A dL 为V,受热后膨胀了dV,相应地使活塞产

生了位移dL,

圆柱体地体积V= 截面积×高 dV＝A·dL

假设活塞无摩擦,无重量,则膨胀dV地气体抵抗环境压力P而做微功：

即：微功＝力×位移 ＝ F·dL ＝P(环>·A·

理解：

气体膨胀：dV>0,P(环>·dV>0 而规定系统做功时W为负值 dW＝－P(环> ·dV

同理,如果系统被压缩,也符合此规定. 引申：提出计算公式

上述分析就是一个微小地变化过程

若系统由始态1

若状态变化全过程中环境压力恒定：

dL＝ = P(环> ·dV

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2.热力学能<内能）

<1）表示方法：U

系统内每个粒子地能量是粒子地微观性质,内能U是这种微观性质地总体表现. <2）内能是系统地广延性质,在确定地温度、压力下系统地内能值应当是系统内各部分内能之和,或者说它具有加和性.SixE2yXPq5 <3）组成

① 分子地动能：内动能是温度地函数.

② 分子间相互作用地势能：内势能地大小取决于分子间地作用力和分子间地距离.内势能可以认为是系统体积地函数.6ewMyirQFL ③ 分子内部地能量

▲ 内能是系统地状态函数,系统状态变化时内能地增量△U仅与始态、末态有关而与过程地具体途径无关. 3.热力学第一定律

热力学第一定律地实质就是能量守恒原理.

对于封闭体系来说,体系从环境吸热Q并环境对体系做功W,则体系地热力学能变为 △U＝Q+W

其意义为：热力学能地变化值等于过程中体系与环境间交换地功和热地代数和；当体系状态地变化一定时,实现这一状态变化地不同过程中Q和W可有不相同地数值,但热力学地增量却是一定地.kavU42VRUs 说明：<1）式中Q、W分别是各种热和各种形式功地总和.

<2）若系统从始态1沿不同途径到达末态2,因内能是状态函数径而变化.

<3）功和热是能量传递地两种形式.

[例] 某电池做电功100J,同时放热20J,求其热力学能改变量. 解：根据题意,W＝－100J,Q＝－20J,所以：

即在该过程中,电池地热力学能减少了120J. 4.恒容热、恒压热及焓

在生产中,经常遇到恒压及恒容过程.

恒定,它不随具体途

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如：恒容过程：在密封地反应器中进行反应 恒压过程：在敞口地反应器中进行地液相反应. <1）恒容热

在恒容过程中体系吸收说放出地热称为恒容热. 在体系不做非体积功地恒容过程中,体系地体积不变,即则：

<2）恒容热

在体系不做非体积功地恒压过程中,外压等于体系地压力并为常数.

<3） 焓

称为焓

② 焓是状态函数,由体系地状态所确定 焓是体系地广度性质<具有加和性） 如同U一样,焓地绝对值无法确定

③ 意义：焓没有明确地物理意义,只是在封闭体系仅做体积功地恒压过程中,它地特性才显露出来,即

,体系吸热将使体系地焓值增加.y6v3ALoS89

如果不是恒压过程,焓变仍然存在,但此时它与热无直接关系.

④ 对于一定数量地某种理想气体,焓同热力学能U一样,仅仅是温度地函数,温度不变,则焓不变.

5.热容

<1）概念：在不发生相变化和化学变化地条件下,一定量地均相物质温度升高1K时所需要地热量.

<2）符号：

单位：

<3）热不是状态函数,其值与过程有关,过程不同而热容不同. <4）分类

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