项目设计一
一、问题的提出
（1）自然界与系统的能量交换
①敞开系统［图1-23（a）］：系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
②封闭系统［图1-23（b）］：系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
③隔离系统［图1-23（c）］：系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。
图1-23 各种系统示意图
（2）过程和路径 同一个过程可以由不同的路径来实现，如图1-24所示。
图1-24 过程和路径的关系
（3）能量的转化形式 例如，做饭：化学能→热能；摩擦生热：机械能→热能；电炉：电能→热能；电灯：电能→光能。
（4）能量转化的结果——焦耳实验 在1843年盖·吕萨克和焦耳分别做了如下实验：将两个容量相等的容器，放在水浴中，左球充满气体，右球为真空。打开活塞，气体由左球冲入右球，达到平衡（图1-25）。
图1-25 焦耳实验模型
实验现象：①气体和水浴温度均未变⇒Q=0；
②系统没有对外做功⇒W=0。
实验结果：根据热力学第一定律⇒ΔU=Q+W=0。
（5）热机的工作（图1-26） 通过工质从高温热源吸热，向低温热源放热并对环境做功的循环操作的机器称为热机。
图1-26 热机工作原理
（6）自发过程 高温物体向低温物体自发传热过程如图1-13所示，高压气体向低压气体自发膨胀过程如图1-14所示，溶液由于浓度差而产生的自发扩散现象如图1-27所示。
图1-27 高浓度向低浓度自发扩散
（7）能斯特热定理 20世纪初，人们在研究低温化学反应中发现，温度越低，同一个恒温化学变化过程的熵变越小。
二、问题的解决
（1）自然界与系统的能量交换
①系统与环境的界面可以是实际存在的，也可以是想象的，实际上并不存在。
②根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：敞开系统、封闭系统、隔离系统。
（2）同一个过程可以由不同的路径来实现，例如，过程之一：包括起始态、途径1、中间态、途径2、终态；路径之一：途径1、途径2；过程之二：起始态、途径3、终态；路径之二：途径3。
（3）能量的转化形式——能量守恒和转化定律 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
（4）焦耳实验的讨论 从焦耳实验得到：理想气体的热力学能仅是温度的函数，与体积和压力无关。
（5）热机的工作——功可以全部转化为热，而热转化为功就有一定限制（图1-8）。
（6）自发过程 热量自发地由高温物体流向低温物体，气体自发地由高压区流向低压区，溶质自发地由高浓度区向低浓度区扩散等等。无需借助外力（环境做功）就可以自动发生的过程，称为自发过程。而自发过程的逆过程则不能自动进行。
（7）能斯特提出结论 凝聚系统在恒温化学变化过程中的熵变，随温度趋于0K而趋于零。
三、必备理论知识
①系统和环境的定义，系统的分类；
②系统的变化过程：过程与途径的区别与联系，几种主要的pVT变化过程；
③热、功、热力学能和焓；
④热力学第一定律；
⑤热机的效率：
；
⑥熵函数、熵的物理意义以及热力学第二定律；
⑦热力学第三定律，亥姆霍兹函数和吉布斯函数。