材料熱力學(xué)課件第一章

1、1-5 熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)能也稱為內(nèi)能，符號(hào)為U，單位為 J。熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)1微觀上理解熱力學(xué)能:熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)所有粒子的動(dòng)能之和系統(tǒng)內(nèi)所有粒子間勢(shì)能之和所有粒子內(nèi)部的能量之和即系統(tǒng)內(nèi)部的能量化學(xué)能，電子的能量，核能，放射能，其它未知的能量2封閉系統(tǒng): U = Q + W 其中： U 為系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加， Q 為系統(tǒng)吸收的熱，W為系統(tǒng)接收的功；而dU為系統(tǒng)熱力學(xué)能的微量增加， Q 為系統(tǒng)吸收的微量熱， W 系統(tǒng)接收的微量功。二、熱力學(xué)第一定律（包括體積功和非體積功）或 dUQW熱力學(xué)第一定律就是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表示式3 熱力學(xué)第一定律的文字表述

2、： 任何系統(tǒng)在平衡態(tài)時(shí)有一狀態(tài)函數(shù)U，叫熱力學(xué)能。封閉系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)其熱力學(xué)能的改變量等于變化過程中系統(tǒng)所吸收的熱量加上環(huán)境對(duì)其所做的功。4能量既不能創(chuàng)生也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。另一種說法：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。一種既不靠外界提供能量，本身也不消耗能量，卻可以不斷對(duì)外作功的機(jī)器，稱為第一類永動(dòng)機(jī)。5 U = Q + W或 dUQWa、限制條件：封閉系統(tǒng)；b、為經(jīng)驗(yàn)式，非理論推導(dǎo)所得。其正確性表現(xiàn)為從熱力學(xué)第一定律所導(dǎo)出的結(jié)論尚無一例與事實(shí)有矛盾；c、熱力學(xué)規(guī)定 系統(tǒng)吸熱，Q0，系統(tǒng)放熱，Q0； 環(huán)境作功，W0，系統(tǒng)作功，W0。6d、意義：封閉系統(tǒng)在任何熱力學(xué)過程中

3、，系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加等于系統(tǒng)吸收的熱與環(huán)境作的功之和。e、 dUQW 是熱力學(xué)第一定律的微分形式，其意義為：封閉系統(tǒng)在微小的熱力學(xué)變化中，系統(tǒng)熱力學(xué)能的微量增加等于系統(tǒng)吸收的微量熱與環(huán)境作的微量功之和。7由熱力學(xué)第一定律所得的推論：對(duì)于隔離系統(tǒng)，由于Q=0，W=0，故U=0。 隔離系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行任何過程，其熱力學(xué)能總是不變；對(duì)于絕熱封閉系統(tǒng)，由于Q=0，故有U=Wad。封閉系統(tǒng)在絕熱過程中，環(huán)境作的功全部用來增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能；對(duì)于恒容過程，由于V不變，W=0，故有U=QV。封閉系統(tǒng)，無非體積功的等容過程中，系統(tǒng)吸收的熱全部用來增加它的熱力學(xué)能；81-6 等容過程熱 QV、等壓過程熱Qp , 焓

4、H一、等容過程熱QVQVU 或 QVdU 上式表明：在等容且W0的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加。 或 在等容且W0的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸的微量熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的微量增加。等容且W 0 的過程，W0或W09二、等壓過程熱Qp及焓H若 W0，依據(jù)熱力學(xué)第一定律得， U = Qp-psuV即 U2-U1 = Qp- psu(V2-V1)因 p1 = p2 = psu所以 U2-U1 = Qp- (p2 V2-p1V1)或 Qp = (U2+p2 V2)-(U1+p1V1) = (U+pV)定義 焓H10 則 Qp = H 或 Qp = dH (封閉，等壓，W=0) 表明：

5、在等壓及W 0 的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境所吸收的熱在數(shù)值上等于系統(tǒng)焓的增加。11 焓H代表U和pV之和的符號(hào)，是狀態(tài)函數(shù)，單位是J。 H 是一廣度性質(zhì)。其變化值H由始終態(tài)決定，與途徑無關(guān)。H=U+(pV)= U+ (p2V2- p1V1)dH =dU + pdV + Vdp焓變H可按下式計(jì)算：H 就是 U + pV 某些特殊過程的焓變有物理意義.12封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)、 等容、非體積功=0封閉系統(tǒng)、等壓、非體積功=013 對(duì)于一定量組成不變的封閉系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)證明： T、p、V三個(gè)變量任選兩個(gè)，可以決定系統(tǒng)的狀態(tài)。例如 U= f（ T ，p）.那么微小的熱力學(xué)能變化dU為：14如果把U看成T，V的函數(shù)，U= f（ T ，V）.那么微小的熱力學(xué)能變化為：顯然如果把H看成T，V的函數(shù)，H= f（ T ，V）.那么dH=?15H2(g)和O2(g)在絕熱鋼瓶中發(fā)生反應(yīng)生成H2O(g)，溫度升高。問W、Q、 U 、 H何者為零？1610mol 273Kp1=100kPaV1=0.227m310mol 273K p2=10kPaV1=2.27m3（1）真空膨脹至終