清华大学2016物理化学B-热力学第一定律-.ppt
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1、1,物理化学 B Physical Chemistry B,王立铎 清华大学化学系 2016年9月,2,有关课程的几点具体要求:,教材: 朱文涛等,简明物理化学,清华大学大学出版社,2012年 参考书: 高月英等,物理化学生物类,北京大学出版社,2000年 傅献彩等,物理化学(第5版)(上下), 高等教育出版,2005年 朱文涛,物理化学(上下),清华大学出版社,2011年,1、教材与参考书,3,2、作业、答疑与讨论课:,讨论课:每章内容讲完之后, 有20min左右 讨论课(重点讨论课后思考题),网络学堂:答疑、讨论的平台,作业: 每周交一次; 上课时由课代表收齐上交给助教; 晚于一周的作业不
2、批改、成绩扣分。 答疑: 王立铎,星期四 下午2:005:00 李 楠,星期五 晚上7:009:30 董庆顺,星期三 晚上7:009:30,4,3、教师与助教的联系方式:,王立铎(任课教师): 何添楼 111 Tel:62788802、13910568459 Mail: 李 楠(周五班助教):人环楼210 Tel:62781782 Mail: 董庆顺(周三班助教):人环楼210 Tel:62781782 Mail: ,5,2015秋:共有127位同学修读了本课程,其中126位同学进行了有效评价。本课程类别为理论课;全校同类同规模课程共301门。您在本课程的综合评分位于前5%。,2014秋:
3、共有211位同学修读了本课程,其中189位同学进行了有效评价。本课程类别为理论课;全校同类同规模课程共277门。您在本课程的综合评分位于前5%。,教学方面:,任课教师王立铎简介,6,由电发光 OLED 新型显示和白光照明技术,由光发电 PSC 新型可再生能源技术,有机发光二极管显示器,钙钛矿型太阳能电池,科研方面:,美国科学杂志 PSC被评为2013年度十大科学突破,美国科学杂志 OLED被评为2000年度十大科学成就,7,国家技术发明奖一等奖(第三获奖人),有机发光二极管 OLED,OLED显示屏应用于“神七”宇航员出舱服。 国际上第一次把OLED应用于太空技术。,8,两篇代表性论文PSC,
4、9,10,11,4、关于成绩:,12,关于小论文: 1、能够提出关键的物理化学问题,思考的问题比较深刻; 2、能够把学习物理化学的过程融会贯通,做到举一反三; 3、能够通过兴趣探究物理化学问题,从中获得乐趣或成就感; 4、鼓励质疑、激发学术志趣和创新性思维。 5、小论文不限形式和篇幅,但拒绝复制或抄袭。 网络学堂将给出往年优秀作品选!,13,绪论 Introduction,1、什么是物理化学?,化学,化学: 是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。 是创造新物质的分子科学。,14,物理化学定义:,物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化基本规律
5、的一门科学。 现代物理化学是研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的科学。涵盖从宏观到微观与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究,它是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。 -付献彩-,化学反应与物理现象的密切联系,15,2、物理化学的研究内容:,(1) 化学变化的方向、限度和能量效 应 -化学体系的平衡性质,(2) 化学反应的速率和反应机理 -化学体系的动态性质,(3) 化学体系的微观结构和性质之间 的关系-,(化学热力学),(化学动力学),(结构化学和量子化学),16,其它分支学科还包括: 电化学、表面及胶体化学、光化学等。,将物理化学原理应用于不同的体 系
6、,则产生了物理有机化学、生物物 理化学、材料物理化学等。,物理化学 - 一门“无处不在”的科学,17,构成了综合和整理庞杂的彼此孤立的化学事实的理论骨架,从而使认识化学世界的方式,得以摆脱纯粹经验式的实验尝试法,逐步做到有较可靠的预见性,从而促进了化学的全面发展。是化学成为现代自然科学的主要推动力之一; 为化学在认识和比较物质的某些重要性质时,如酸碱性、氧化还原性、络合性等以及它们对外界条件的依赖性,变化过程和能量的关系时,提供精确的定量依据。从而使一些经验性的定性的描述用语有了明确的物理意义;,3、 物理化学学科的价值,18,物理化学的课程特点: 1、概念多,一些概念较为抽象; 2、公式多,
7、许多公式有苛刻的限定条件和灵活多样 的表现形式; 3、逻辑性强,要求一定的数理推导过程。,物理化学特别强调处理关键科学问题的方法论!,4、如何学好基础物理化学,19,*如何学好基础物理化学*,1、许多热力学概念等曾经在其它课程里学过这不等于抓住了实质或已正确理解要学好物理化学,必须正确理解基本概念或理论模型的物理意义及应用条件等!,2、一些基本公式和结论已有记忆这不等于已经掌握或可以灵活使用要学好物理化学,对于基本公式和结论要掌握来龙去脉,他们是在什么前提下经过怎么处理之后才推导出来的!,3、只理解和掌握概念与公式是不够的要学好物理化学,要掌握具体问题具体分析的解题方法或推理方法等!,4、读过
8、物化课本和仅仅以为有了解题思路是不够的高质量地解答一定数量的基本概念思考题和习题是学好物化的重要环节。 高质量:逻辑严密、表述准确、富有效率。,培养学习兴趣!养成良好习惯! 千万千万不要积累太多的问题!,20,物理化学与相关前期课程的关系: 举例:前期物理课程热力学(热学) 体积功无用功? U0 0 ? 举例:前期数学(数理)课程微积分,重要提示:物理化学强调下标限定条件,21,思考题10,1mol 单原子理想气体,由始态P1,V1,T1经不同途径的绝热膨胀到体积均为V2的终态,那么,终态温度在什么范围内?为什么?,认为热力学第一定律(第一章)自己已经学会了的同学,自己试一下能不能给出下列思考
9、题逻辑完整的解答?,还有思考题6 。,22,1-1 热力学概述,1. 热力学的研究内容,(1)平衡热力学(经典热力学),(2)非平衡热力学,第一章 热力学第一定律() Chapter 1 The first law of thermodynamics,23,2. 平衡热力学的特点,(1)研究对象:大量粒子组成的宏观体系。 (热力学的结论不适用于微观体系中单 独粒子或少量粒子的行为),(2)研究方法:在经验定律的基础上 ,通 过演绎的方法,得出一般性的规律。 (高度的普适性和可靠性),(3)只考虑过程的初、末态,不考虑过程的 细节,不涉及时间因素。 (知其然,不知其所以然),24,1-2 热力学
10、基本概念,1、系统和环境 (System and surroundings),定义:系统被划定的研究对象(也称体系),环境与系统有相互作用的部分,注意:系统和环境是人为划分,原则是方便解决问题!,系统的分类:,敞开系统 (开放系统)物质;能量 封闭系统物质;能量 隔离系统(孤立系统)物质;能量,系统,25,2. 热力学平衡状态 (equilibrium state of thermodynamics),如果处在一定环境条件下的系统,其所 有的性质均不随时间而变化; 则称该系统处于热力学平衡状态。,而且当此系统 与环境隔离后,也不会引起系统任何性质的 变化,,26,H2O (l) 100 oC,
11、H2O(g) 1000C,101.325kPa,恒温热源(100oC),H2O (l) 100 oC,H2O(g) 1000C,101,325kPa,绝热壁,热力学平衡状态,27,T1,air,T2,T,T1,T2,air (T),绝热壁,恒温热源,非平衡态,稳态,28,热平衡 力平衡 相平衡 化学平衡,热力学平衡状态包括的具体内容:,热力学平衡,(1)热平衡:如果没有绝热壁存在,系统内各部分之间以及系统与环境之间没有温度的差别。,热力学第零定律,如果系统A与系统B成热平衡,系统B与系统C成热平衡,则系统A与系统C也必然成热平衡。一切互为热平衡的物体具有相同的温度。 (热平衡定律),29,(2
12、) 力平衡:如果没有刚性壁存在,系统各部分之间,系统与环境之间没有不平衡的力存在。 在不考虑重力场与其它外场作用的情况下,系统内部处处压力相等。,(3) 化学平衡:若系统中各物质之间存在化学反应,当系统组成不随时间而变化时,系统处于化学平衡。,30,(4)相平衡(phase equilibrium),相(phase): 系统内物理性质及化学性质完全均匀 的一部分称为一相。,H2O(l),糖水,糖水,糖,均相系统 (homogeneous system),多(复、非均)相系统 heterogeneous system,相平衡:若在一个多相系统中,各相的组成及数量均不随时间而变化,则称该系统处于相
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- 清华大学 2016 物理化学 热力学 第一 定律
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