1、11.1 热力学概论（1）状态与状态函数1.1.1 体系和环境我们用观察、实验等方法进行科学研究时，必须先确定所要研究的对象，把要研究的那部分物质与其余的分开（分隔面可以是实际的，也可以是想象的） ，这种被划定的对象就称为体系，而体系以外，与体系密切相关，影响所及的部分则称为环境。例如:一个热机气缸中的气体，一个反应器中的物质，一个原电池中的物料，这些都是热力学体系，而这些体系以外的部分为环境。体系又可分为如下几种：（1）隔离体系（或孤立体系）:体系和环境之间既没有物质交换，也没有能量交换。（2）封闭体系：体系和环境之间没有物质交换，但有能量交换。（3）敞开体系：体系和环境之间既有物质交换，也
2、有能量交换。如一个盖着的热水瓶可近似地认为是一个隔离体系；一个盖着的，但不保温的热水瓶可认为是一个封闭体系；一个没盖的，也不保温的热水瓶可认为是一个敞开体系。1.1.2 状态和状态函数1.1.2.1 状态函数与状态函数法 状态：某一热力学系统的状态指体系的物理性质和化学性质的综合表现。 体系的性质：描述体系状态的一些变量，如体积、压力和温度等称为性质。这些性质又可分为两类：（1）广度性质（或容量性质）：广度性质的数值与体系物质的数量成正比，如体积、内能和熵等。广度性质具有加和性。（2）强度性质：强度性质的数值与体系物质的数量无关，如温度、压力、密度和粘度等。强度性质不具有加和性。两个广度性质相
3、除就成了强度性质，如摩尔体积和密度等。 状态函数：在热力学中，把体系的性质称为状态变量或状态函数.如:温度、压力、体积、密度和粘度等。状态函数的特点：状态函数的数值只与体系现在所处的状态有关，而与其过去的历史无关。如:一大气压下 25的水，它的密度和粘度都有确定的值，不管这水是由 0升温来的，还是由 100降温来的。1.2.2.2 状态函数法：状态函数的增量只与体系的始末态有关，而与状态变化的过程无关。如果体系状态变化循环一周，则状态函数的增量为 0。从数学上来说，状态函数的微分是全微分，全微分沿封闭路径积分一周结果为 0。0(12dVV体 积 ） 0(dUV初 态末 态内 能 ） XXXX
4、始末末始末始 ）（ 途 径）（ 途 径对 于 任 意 状 态 函 数 ： 22利用状态函数的上述特点,通过一个途径(1)的状态函数变化值求初末态相同的另一个途径(2)的状态函数变化值,称为状态函数法.如:求15，1atm. 变成15，1atm. 的焓变 H ? lOH2 sO2该过程（过冷水相变）为不可逆过程,没有具体对应的原理和公式进行计算.根据焓 H 为状态函数,其变化值 H 只跟体系初末态有关 ,与具体历程无关的特点,可以设计初末态相同的新途径进行计算:1.1.3 平衡态必须满足条件：以强度性质度量 热平衡（thermal equilibrium） ：各处温度相等，dT = 0 (以温度度量) 力平衡（mechanical equilibrium） ：各处压强相等，dp = 0 (以压强度量) 相平衡（phase equilibrium） ：各处组成数量不变，无净物质转移 dm = 0 (以化学势度量) 化学平衡（chemical equilibrium ） ：各处组成不变;dc = 0 (以化学势度量)始 态 ACB终 态 Y途 径 I途 径 I利 用 状 态 函 数 的 特 性 来 研 究 热 力 学 问 题H=?10325Pa， 15 水 10325Pa， 15 冰H1 H310325Pa， 0 水 10325Pa， 0 冰H2 31
