上海应用技术大学（上海应用技术学院）：《物理化学》课程教学课件（讲稿）第二章 热力学第一定律 The First Law of Thermodynamics

第二章 热力学第一定律 The First Law of Thermodynamics 环境 surroundings 无物质校换 封闭体系 △U三Q+W closed system 能量交换

第二章 热力学第一定律 The First Law of Thermodynamics ∆U Q= +W ∆ = U Q +W

2.0 引言 2.0.1 热力学thermodynamics的目的和内容 1850年左右 焦耳Joule 热力学第一定律 1848年 开尔文Kelvin 和1850年 克劳修斯Clausius 热力学第二定律 •本世纪初 热力学第三定律 化学热力学chemical thermodynamics

2.0 引言 2.0.1 热力学thermodynamics的目的和内容 •1850年左右 焦耳Joule 热力学第一定律 •1848年 开尔文Kelvin 和1850年 克劳修斯Clausius 热力学第二定律 •本世纪初 热力学第三定律 化学热力学chemical thermodynamics

热力学的研究对象 •研究热、功和其他形式能量之间的相互 转换及其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所 发生的能量效应； 研究化学变化的方向和限度

热力学的研究对象 •研究热、功和其他形式能量之间的相互 转换及其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所 发生的能量效应； •研究化学变化的方向和限度

2.0.2热力学的方法和局限性 热力学方法 研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。 •只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。 ·能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性 质，只讲可能性，不讲现实性

2.0.2 热力学的方法和局限性 热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。 •只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。 •能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性 质，只讲可能性，不讲现实性

2.1 热力学基本概念 2.1.1系统与环境 系统（或体系）system 在科学研究时必须先确定 环境 surroundings 研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 体系 system 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为系统，亦 称为体系或物系。 体条与环境 ,环境Surroundings 与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的 部分称为环境

2.1 热力学基本概念 2.1.1 系统与环境 •系统(或体系)system 在科学研究时必须先确定 研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为系统，亦 称为体系或物系。 •环境Surroundings 与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的 部分称为环境

系统分为三种： ~隔离系统或孤立系统isolated system 封闭系统closed system •敞开系统open system 环境 (1)敞开系统open system surroundings 物质交换 系统与环境之间既 敞开体系 有物质交换，又有能 system 量交换。 能量交换 敬开体系

系统分为三种： •隔离系统或孤立系统 isolated system •封闭系统 closed system •敞开系统 open system （1）敞开系统 open system 系统与环境之间既 有物质交换，又有能 量交换

(2)封闭系统(closed system) 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。 环境 surroundings 无物质校换 封闭体系 closec system 能量交换 封闭体系

（2）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换

(3)孤立系统(isolated system) 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交 换，故又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统 影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。 孤立体系 isolated system 环境 大环境 surroundings 无物质 交换 无物质交换 狐立 体系 isolated system 无能量交换 孤立体系(1) 无能量交换 孤立体系(2)

（3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交 换，故又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统 影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑

2.1.2 状态和状态函数 当系统的性质不随时间而改变， 则系统就处于热力学平衡态 (thermodynamical equilibrium state). 热力学平衡： 热平衡(thermal equilibrium) 力平衡(mechanical equilibrium) ◆相平衡(phase equilibrium) 化学平衡(chemical equilibrium) 状态state 状态函数(state function)

2.1.2 状态和状态函数 当系统的性质不随时间而改变， 则系统就处于热力学平衡态 (thermodynamical equilibrium state)。 热力学平衡： •热平衡(thermal equilibrium) •力平衡(mechanical equilibrium) •相平衡(phase equilibrium) •化学平衡(chemical equilibrium) 状态state 状态函数(state function )

状态函数的一些数学性质： 如果∫(x1,.)是状态函数，那么df就是全微 分： OxB dxp x(C≠B) 如果f(x1,.)是状态函数，那么∮df=0 如果f是状态函数，那么二阶偏微分具有可交换性

状态函数的一些数学性质: ∑ ≠ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ = B B B ( C B ) dx x f df x •如果f （ x 1 ， ···）是状态函数，那么 df 就是全微 分： •如果f （ x1 ， ···）是状态函数，那么∮df ＝ 0 •如果f 是状态函数，那么二阶偏微分具有可交换性