熱力學(xué)解釋了熱能如何轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，以及這一過(guò)程如何影響物質(zhì)。熱能是由熱量產(chǎn)生的能量。這種熱量是由物體內(nèi)部的小顆粒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，這些顆粒運(yùn)動(dòng)得越快，產(chǎn)生的熱量就越多。熱力學(xué)并不關(guān)心這些能量轉(zhuǎn)化的方式和速度。熱力學(xué)的基礎(chǔ)是這些轉(zhuǎn)化發(fā)生時(shí)的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)。還應(yīng)指出的是，熱力學(xué)是一門宏觀科學(xué)。也就是說(shuō)，它涉及的是本體系統(tǒng)，而不是物質(zhì)的分子組成。下面，我們將針對(duì)倫敦大學(xué)學(xué)院CENG0004課程，為大家進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)習(xí)。

一、熱力學(xué)的各個(gè)分支

熱力學(xué)分為以下四個(gè)分支：經(jīng)典熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、平衡熱力學(xué)。

a.經(jīng)典熱力學(xué)使用宏觀方法分析物質(zhì)的行為。由于加入了溫度和壓力等單位，因此更容易計(jì)算其他性質(zhì)和預(yù)測(cè)物質(zhì)在過(guò)程中的行為。

b.在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)中，每個(gè)分子都是關(guān)注的對(duì)象，這意味著必須考慮到單個(gè)分子的特性及其相互作用，才能確定一組分子的行為特征。

c.化學(xué)熱力學(xué)涉及化學(xué)反應(yīng)和狀態(tài)變化中功與熱的相互作用。

d.平衡熱力學(xué)研究能量和物質(zhì)在接近平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化。

二、熱力學(xué)的基本概念

1.熱力學(xué)系統(tǒng)

熱力學(xué)系統(tǒng)是我們必須處理的具有明確邊界的物質(zhì)的某些部分。系統(tǒng)邊界可以是實(shí)的，也可以是虛的;可以是固定的，也可以是可變形的。

系統(tǒng)有三種類型

孤立系統(tǒng)--孤立系統(tǒng)不能與周圍環(huán)境交換能量和質(zhì)量。宇宙被認(rèn)為是一個(gè)孤立的系統(tǒng)。

封閉系統(tǒng) - 在封閉系統(tǒng)中，能量可以跨邊界交換，但沒(méi)有質(zhì)量交換。冰箱和活塞汽缸中的氣體壓縮就是封閉系統(tǒng)的例子。

開放式系統(tǒng)--在開放式系統(tǒng)中，質(zhì)量和能量都可以在系統(tǒng)和環(huán)境之間傳遞。蒸汽輪機(jī)就是開放式系統(tǒng)的一個(gè)例子。

2.熱力學(xué)過(guò)程

當(dāng)系統(tǒng)中的能量因壓力、體積和內(nèi)能的變化而發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生熱力學(xué)過(guò)程。

熱力學(xué)過(guò)程有四種類型，各有特點(diǎn)，即

絕熱過(guò)程 - 沒(méi)有熱量傳入或傳出系統(tǒng)的過(guò)程。

等容過(guò)程--沒(méi)有體積變化且系統(tǒng)不工作的過(guò)程。

等壓過(guò)程 - 壓力沒(méi)有變化的過(guò)程。

等溫過(guò)程 - 溫度沒(méi)有變化的過(guò)程。

3.熱力學(xué)平衡

在給定狀態(tài)下，系統(tǒng)的所有屬性都有固定值。即使某一屬性的值發(fā)生變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也會(huì)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。在處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中，當(dāng)它與環(huán)境隔離時(shí)，屬性值不會(huì)發(fā)生變化。

當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的溫度相同時(shí)，系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)。

如果系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的壓力不變，則系統(tǒng)處于機(jī)械平衡狀態(tài)。

如果系統(tǒng)的化學(xué)成分不隨時(shí)間變化，則系統(tǒng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)。

當(dāng)兩相的質(zhì)量達(dá)到平衡水平時(shí)，兩相體系就達(dá)到了相平衡。

當(dāng)一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的化學(xué)、機(jī)械和熱平衡且相關(guān)參數(shù)不隨時(shí)間變化時(shí)，該系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。

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