13-02热力学基础热力学第一定律内能
热力学基础与第定律热力学基础与第一定律
1.4-2 可逆过程
一次（两次）压缩过程 环境对系统作的功 大于 一次（两次）膨胀过程 系统对环境作的功 原因：多作的功变成热传给了环境
对于准静态膨胀过程的逆过程：压缩可使系统 复原时，环境也同时恢复到原状。 这种能通过原来过程的反方向而使系统和环境 都同时复原，不留下任何痕迹的过程 称为 可 逆过程。
Kevin 1848年根据热机的Carnot定理首创
1 3 热力学第一定律 1.3
1.3-1 热力学能、热和功 热力学能：又称内能（U）是热力学系统内物质 所具有各种能量总和。包括系统一切形式的能 量（如分子平动、转动、振动能等)。但系统整 体动能及在外力场中位能不包括在内。 内能在一定状态下有一定数值（但其绝对值无 法确定）。 其变化只取决于始态、终态（不需要了解其绝 对值）。重要的是变化值 ΔU=Ub-Ua
z
系统的状态性质之间是相互关联的（某一性 质的变化会引起至少另外一个状态性质的变 化）。因而要确定一个系统的热力学状态， 并不需要知道所有的状态性质，而只需要确 定几个状态性质即可。 状态公理与物态方程 状态公理 与物态方程 在系统的性质中通常我们选择最易测定的典 型性质作为独立变量，而把其它性质表示成 这些独立变量的函数。如T= f ( P,V,n1,n2,…. ni)
1.1 热力学(thermodynamics)
研究宏观系统能量相互转换过程中的规律和科学。 18世纪以前，人们对热的认识是粗略和模糊的。 直至19世纪中叶才在实验的基础上建立 热力学第一定律（能量守恒）
焦耳（Joule，1818 1818-1889, 1889 英）1850年
热力学第二定律 开尔文 (Lord Kelvin， 1824 1824-1907，英)，1848 克劳修斯（Clausius，1822 1822-1888 ，德）1850
第二章 热力学第一定律
(ｐ始 =ｐ末，为等压过程）
3) 恒容过程： 过程中系统的体积始终保持不变(dV =0)
4) 绝热过程： 系统与环境间无热交换的过程，过程热Q＝0
5) 循环过程： 经历一系列变化后又回到始态的过程。 循环过程始末所有状态函数变化量∆X均为零 。
习题2.3：在25oC及恒定压力下，电解1molH2O(l), 求过程的体积功。
分析：利用体积功的计算式 恒压过程 (pamb = p)： W＝－p(V2－V1)
解：
H
2O(l )
H
2
(
g
)
1 2
O2
(g)
1mol
1mol 0.5mol
W p(V2 V1) pV2 ( ng )RT
(1.5 8.314 298.15)J 3.718kJ
∆12 X = X2 – X1
X1
始态
1
X2
2
末态
3
∆X
➢3. 对于循环过程，由于始末态相同，状态函数变化值为0。 ➢4. 定量，组成不变的均相流体系统，任一状态函数是另外 两个状态函数的函数，如V = f (T, p)。即状态函数之间互为函 数关系。
A
异途同归，值变相等；周而复始，其值不变
下列叙述中不是状态函数特征的是（ D ） A. 系统状态确定后，状态函数的值也确定 B. 系统变化时，状态函数的改变值只由系统 的始末态决定 C. 经循环过程，状态函数的值不变 D. 状态函数均有加和性
（2）经典热力学只考虑平衡问题：只考虑系统由始态到末 态的净结果，并依此解决诸如过程能量衡算、过程的方向、 限度的判断等热力学问题，至于由始态到末态的过程是如 何发生与进行的、沿什么途径、变化的快慢等等一些问题， 经典热力学往往不予考虑。
内能功热量热力学第一定律
动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均
动能越大
例题3、 下列说法正确的是
（ D）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加
B．机械能完全转化成内能是不可能的
C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变
D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
例题4：
一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一
(2)①由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J
气体的内能增加了160 J.
②由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态Ⅱ回到 状态Ⅰ的过程中内能的变化应等于从状态Ⅰ到状态Ⅱ的过 程中内能的变化，则从状态Ⅱ到状态Ⅰ的内能应减少160 J
即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律 得： ΔU′＝W′＋Q′， 所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对 气体做功80 J.
【答案】(1)D (2) ①增加了160 J ②外界对气体做功 80 J
1．关于物体的内能的变化，以下说法中正确的是 (C ) A．物体放出热量，内能一定减小 B．物体对外做功，内能一定减小 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
【解析】物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界 做功)、物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关．物 体放出热量，但外界有可能对其做功，故内能有可能不减 小，A错误；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故 内能不一定减小，B错误；若物体吸收的热量与对外做功 相等，则内能不变，C正确；而放热与对外做功都是使物 体内能减小，D错误．
例题1、
一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，
第三章热力学第一定律内能
如果是等温膨胀,则
A M RT ln V2 1 8.31 300 ln 10 1.44 103(J )
V1 4
25
P
P1
P2
a
T1
b
T2
V1
V2
V
26
例2. 两个绝热的体积分别为V1和V2的容器, 用一个 带有活塞的管子连起来，打开活塞前，第一个容器
盛有氮气，温度为T1，第二个容器盛有氢气，温度
(Q )V
M
CV dT
从热力学第一定律
用于热力学第一定律则有:
M
dU CV dT
已知理想气体内能
可得
U M i RT
2
从分子运动论
定容摩尔热容 与自由度有关
气体的定压摩尔热容
定压过程:P=常量, d P =0 过程方程: V/T=常量
Q P=恒量
根据
PV M RT
P
Ⅰ
II
P
得 dA PdV M RdT
氧 28.9
21.0
7.9 1.40
三原子 水蒸气 36.2
27.8
8.4 1.31
乙 醇 87.5
79.2
8.2
1.11
例题 一气缸中有氮气,质量为1.25kg,在标准大气
压下缓慢加热,使温度升高1K.试求气体膨胀时所做
的功A、气体内能的增量U及所吸收的热量Q.(活
塞的质量及它与汽缸壁的摩擦均可忽略.)
第一类永动机
§2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用
2.1 理想气体的热容量 气体的定容摩尔热容
定容过程: V=常量, d V =0 过程方程:
Q
P
V=恒量
P2
第二章 热力学第一定律
（二）热力学第一定律
热力学第一定律实质就是能量守恒和转换 定律在热现象上的应用。 表述1：热可以变为功，功也可以变为热；一 定量的热消灭，必产生一定量的功；消耗一 定量的功时，必出现与之相应数量的热。
表述2：第一类永动机是造不成的
First Law of Thermodynamics
In 1843, at the age of 25, James Prescott Joule did a series of careful experiments to prove the equivalence of heat and work.
A p V
dl
对推进功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3、w推＝pv与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
可理解为：由于工质的进出，外界与系统之
间所传递的一种机械功，表现为流动工质进 出系统使所携带和所传递的一种能量
4、物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决 于热力状态的能量。
三、稳定流动能量方程
Energy balance for steady-flow systems
稳定流动条件
（P22)
1、
•
•
•
mout min m
2、
•
Q Const
min
uin 1 2
c
2 in
gzin
3、
•
•
Wnet ConstWs
三、总能
热力系统的储存能： 储存于热力系统的能量。 （1）内部储存能———热力学能 （2）外部储存能———宏观动能，宏观位能。
热力学第一定律与内能
热力学第一定律与内能热力学是研究能量转化和守恒的物理学分支。
作为热力学的基本原理，热力学第一定律与内能密不可分。
本文将探讨热力学第一定律与内能的关系及其在能量转化中的应用。
一、热力学第一定律的概念与原理热力学第一定律又称能量守恒定律，是指在系统内部能量转化过程中，能量的增加或减少等于系统对外界做功加上或减去系统所吸收或放出的热量。
热力学第一定律可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统所吸收或放出的热量，W代表系统对外界做的功。
二、内能的定义与内能变化内能是指系统的微观粒子的能量之和，包括粒子的动能和势能。
内能的变化可以通过系统吸收或放出的热量和对外界做的功来描述。
根据热力学第一定律的表达式，内能的变化可以表示为：ΔU = Q - W当系统吸热时，Q为正值，表示系统从外界吸收热量，增加内能；当系统放热时，Q为负值，表示系统向外界释放热量，减少内能。
对于做功过程，当系统对外界做功时，W为正值，表示系统做功减少内能；当外界对系统做功时，W为负值，表示系统对外界做功增加内能。
三、热力学第一定律与能量转化的应用热力学第一定律与内能密切相关，广泛应用于各个领域的能量转化过程中。
以下是一些常见的应用场景。
1. 热机热力学第一定律在热机中有重要应用。
热机是指通过吸收热量将热能转化为机械能的装置。
根据热力学第一定律，热机的效率可以表示为：η = W/Qh其中，η表示热机的效率，W为热机对外界做的功，Qh为热机从高温热源吸收的热量。
热机的效率随热量转化的方式、工作温度等因素而变化，热力学第一定律为热机的设计和优化提供了理论基础。
2. 化学反应热力学第一定律也适用于化学反应的能量变化。
化学反应通常伴随着热量的吸收或放出，根据热力学第一定律的原理，化学反应的热效应可以通过内能变化来表示。
例如，当化学反应放出热量时，反应物的内能减少，产物的内能增加；当化学反应吸收热量时，反应物的内能增加，产物的内能减少。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将深入探讨热力学第一定律的原理和应用。
1. 热力学第一定律的原理热力学第一定律表明，一个系统的内能的增量等于吸热与做功之和。
简单来说，即能量的增加等于热量输入和功输入之和。
在一个封闭系统中，内能变化可以表示为ΔU = Q + W，其中ΔU表示内能变化量，Q表示吸热，W表示做功。
根据能量的守恒原理，一个系统的能量不会凭空消失或增加，而是转化成其他形式。
2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有广泛的应用。
以下是其中一些常见的应用场景：2.1. 理想气体的过程分析在理想气体的过程分析中，热力学第一定律被广泛应用于计算气体的工作、吸热和内能变化等参数。
根据热力学第一定律的原理，我们可以通过测量系统吸热和做功的量来计算内能的变化。
2.2. 热机效率的计算热力学第一定律也可用于计算热机的效率。
根据热力学第一定律原理，热机的效率可以表示为η = 1 - Q2/Q1，其中Q1表示热机输入的热量，Q2表示热机输出的热量。
通过计算输入和输出的热量可以确定热机的效率。
2.3. 化学反应的能量变化热力学第一定律也可用于描述化学反应的能量变化。
在化学反应中，热力学第一定律可以帮助我们计算反应的吸热或放热量，从而确定反应是否放热或吸热以及能量变化的大小。
3. 热力学第一定律在能源利用中的应用能源利用是热力学第一定律的一个重要应用领域。
通过研究能源的转化过程和能量损失，我们可以更有效地利用能源资源。
3.1. 热力学循环热力学循环是将热能转化为功的过程，如蒸汽轮机和内燃机。
通过分析热力学循环中各个环节的能量转化和损失，可以优化循环系统的效率，提高能源利用率。
3.2. 可再生能源利用热力学第一定律也可以应用于可再生能源的利用。
通过分析可再生能源的收集、转化和储存过程中的能量转化和守恒关系，可以优化利用这些能源的方式，减少能量的损失和浪费。
热力学第一定律与内能
热力学第一定律与内能热力学是研究物质之间热和功的相互转化和传递关系的学科。
其中，热力学第一定律是指能量的守恒原理，即能量不会自行产生或消失，只能在不同形式之间互相转化。
而内能作为系统的一种宏观观察物理量，是体系内各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。
一、热力学第一定律热力学第一定律是指在自然界中能量守恒的基本原理。
即在一个封闭系统中，能量的改变等于系统所接收的热量和所做的功之和。
数学表达式上，热力学第一定律可以表示为：ΔU = Q + WΔU代表系统内能量的变化，Q代表系统吸热量，W代表系统所做的功。
在这个公式中，内能的变化可以有两个方向：正向表示系统内能增加，负向则表示系统内能减少。
而系统吸热和做功对这个内能变化贡献的方向则与内能变化的方向相反。
二、内能的概念内能是热力学中一个重要的概念，指的是一个封闭系统中各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。
内能的表达式可以表示为：U = E + E_int其中，E代表系统的宏观动能，E_int代表系统的微观相互作用能。
内能与系统之间的热量和功关系密切。
当一个系统吸收热量时，系统内能增加；当系统做功时，系统内能减少。
内能还与物质的性质和状态有关。
不同物质、不同状态下的物质具有不同的内能。
例如，在相同的温度和压强下，液体的内能一般比气体的内能小。
三、内能的转化根据热力学第一定律，内能可以通过吸热和做功来进行转化。
这种转化可以是系统内能增加或减少的过程。
1. 吸热转化当系统吸收热量时，热量会增加系统的内能。
这个过程可以用以下公式表示：ΔU = Q其中，ΔU代表内能的变化，Q代表系统吸收的热量。
当Q为正时，表示系统吸收热量增加了系统的内能；当Q为负时，表示系统放出热量，内能减少。
2. 做功转化当系统做功时，系统内能会减少。
这个过程可以用以下公式表示：ΔU = -W其中，ΔU代表内能的变化，W代表系统所做的功。
当W为正时，表示系统做功，内能减少；当W为负时，表示外界对系统做功，内能增加。
热力学第一定律物理化学
解：根据
T2
T2
H Qp dH CpdT mC dT
T1
T1
mC(T2 T1)
T2 = 351.7K 设每天蒸发出x克水恰能维持体温不变，则
x △VHm = Qp 2406x = 10460×103
x = 4327g
31
四、理想气体的热力学能和焓
32
结果：V p ΔT水=0 Q =0 W=0 ΔU=0 结论：U = f ( T ) H = f ( T )
33
用数学式表示为：
(UV )T 0 (HV )T 0
( U p
)T
0
( H p
)T
0
U U (T ) H H (T )
还可以推广为理想气体的Cv,Cp也仅为温度的函数。
34
五、热容与热的计算
无相变、无化学变化、不做其他功
C Q
dT
实验表明： 1. 物质的热容与状态有关（例：液态水和气态水） 2. 物质的热容与所进行的变温过程有关
W2 = △U2- Q2
=1.247×103J – 2.078×103J
= - 0.831×103J
43
第四节 功与过程
一、理想气体的恒温体积功 功的定义式
体积功
功 = 力 位移
p外
δW = – f dl
dl A
= – p外 A dl
gas d
δW = – p外dV
V
积分式 W
1.247 103 J
40
根据热力学第一定律，有 W1 = △U1- Q1 = 0
由式（1-25）可得
T2
H1 nC p,mdT nC p,m (T2 T1 )
2热力学第一定律
开口系统稳定流动能量方程
? 可以写成：
此即为开口系统任何流动形式能量普遍关系式的微 元形式
开口系统稳定流动能量方程
? 两边同除以dt，则得到能量方程的流量表
示，即：
技术功—工程可完全利用的功
? 如设
wt
?
w?
1 2
(
c
2 2
?
c
2 1
)
?
g ( z2
?
z1 )
Wt 为技术功 则有： q=h 2–h1+wt=△h+wt 表明，在开口系统中热力系与外界交换是热
Q – W = U1 – U2
即：
Q = U 1 – U2 +W= ? U+W
对1kg工质而言：
q= u 2 –u1 + w= ? u + w
对微元过程而言，有： dq = du+dw
几点注意
（1） 公式可用于任何过程，任何工质
（2）Q 、W、? U为代数值。当内能增
加时， ? U> 0，当内能减少时， ? U< 0 。
时，压力降低，对机器作功，进口和出口的速度相差不 多，动能差很小，可以不计，对外界略有散热损失， q是 负的，但数量通常不大，也可忽貉，位能差极微，可以 不计。把这些条件代入稳定流动能量方程 ,可得1千克工 质对机器所作的功为:
能量方程在工程上的应用
? (二)压气机
工质流经压气机时,机器对工质作功， 使工质升压，工质对外界略有散热， wi 和q都是负的；动能差和位能差可忽略不 计。可得对每千克工质需作功
内能
? 物体因物体热运动而具有的能量叫做 内 热能，也叫做内能，用符号U表示。
（1）分子的移动动能 ? （2）分子的转动动能 ??分子的内动能，是温度的函数 （3）分子内部的振动动能?? （4）分子间的位能——分子的内位能，是比容和温度的函数
工程热力学第三章 热力学第一定律
进入控制体的能量Q(h11 2c12gz1)m1
离开控制体的能量W s(h21 2c2 2gz2)m 2
控制体储存能变化： dE cv(EdE )cvE cv 根据热力学第一定律建立能量方程
Q(h11 2c1 2gz1)m 1(h21 2c2 2gz2)m 2W sdEcv Q(h21 2c2 2gz2)m 2(h11 2c1 2gz1)m 1W sdEcv
可逆过程能量方程
可逆过程能量方程 以下二式仅适用可逆过程：
q du pdv
2
q u pdv 1
闭口系统能量方程反映了热功转换的实质，是热 力学第一定律的基本方程式，其热量、内能和膨 胀功三者之间的关系也适用于开口系统
二、热力学第一定律在循环过程中的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41
h g i hi i 1
n
H n H i i 1
只有当混合气体的组成成分一定时，混合气体 单位质量的焓才是温度的单值函数
第六节 稳态稳流能量方程的应用
一、动力机
利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备
由q
(h2
h1)
1 2
(c22
c12
)
g(z2
z1)
ws
g(z2 z1) 0
1 2
(c22
pv
对 移 动 1kg工 质 进 、 出 控 制 净 流 动 功
w
＝
f
p 2 v 2－
p1v1
流动功是一种特殊的功，其数值取决于控制体进出口
界面工质的热力状态
热力学第一定律内能与热量
热力学第一定律内能与热量热力学第一定律：内能与热量的关系热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它揭示了内能与热量之间的密切关系。
本文将详细讨论内能与热量的概念、内能变化与热量传递的关系，以及热力学第一定律的应用。
一、内能的概念及性质内能是热力学中的基本概念，它代表了系统的热运动能量和分子间势能的总和。
内能的记号为U，它与物质的物态、温度、压力等因素有关。
内能的性质一：内能是一个状态函数，即内能的变化只与初末状态有关，与路径无关。
这意味着在相同初末状态下，无论通过何种路径达到终态，内能的变化量是相同的。
内能的性质二：内能被定义为单位质量或单位摩尔物质的能量，通常以焦耳（J）或千焦（kJ）为单位。
二、内能变化与热量传递内能的变化可以通过两种方式实现：一是通过热量传递，二是通过做功。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于吸收的热量与对外界所作的功之和。
1. 热量传递热量（Q）是能量的一种传递形式，它是由于温度差而产生的能量传递。
根据热力学第一定律，当热量从高温物体传递到低温物体时，高温物体的内能减少，低温物体的内能增加。
2. 做功做功是指系统对外界做功的能力。
在内能变化中，若系统对外界做功，则内能减小；反之，若外界对系统做功，则内能增加。
做功的单位为焦耳（J）。
三、热力学第一定律的应用热力学第一定律在能量转化与守恒、热工学领域等方面有着广泛的应用。
1. 能量转化与守恒热力学第一定律指出能量守恒的基本原理，系统的能量不会凭空消失或产生，只能在不同形式之间相互转化。
通过合理利用内能变化与热量传递的关系，可以实现能量的高效转化。
2. 热工学领域热力学第一定律在热工学领域有广泛的应用，如热机、热泵、制冷器等设备。
通过热力学第一定律，可以优化设备的能量利用效率，并提高整体系统的性能。
结语热力学第一定律揭示了内能与热量之间紧密的关系，为能量转化与守恒提供了基本原理。
对于热力学的研究和应用具有重要意义。
通过深入理解内能和热量的概念，并将热力学第一定律运用于实际问题中，我们可以更好地利用能量资源，提高能源利用效率。
大学物理热力学基础
PV const.
泊松公式
20
由理想气体状态方程: PV=恒量
PV M RT
V-1T=恒量
绝热方程（泊松方程）
P-1 T-=恒量
P
根据泊松公式，在P-V图
等温
上可画出理想气体绝热
绝热
过程所对应的曲线，称为
绝热线。
O
V
绝热线比等温线更陡?
21
准静态绝热过程功的计算
除了借助第一定律计算功外，对于准静态绝热
n = 1 —— 等温过程 n = —— 绝热过程 n = 0 —— 等压过程 n = —— 等容过程 一般情况1 n ，多方过程可近似代表气体内 进行的实际过程。
26
与绝热过程功的计算类似，对于多方过程，有
1 W n 1 (P2V2 P1V1 )
P
n n
n 1
n0
V
27
[例] 一定质量的理想气体系统
16
引入 表示定压热容与定容热容的比值，即
绝热系数
三 比热容
Cp 1 2
Cv
i
定义 : C dQ 为系统热容 dT
J K 1
c为单位质量的热容 比热容 J K 1 kg1
则: C mc
17
§ 13.4 理想气体的等温过程和绝热过程
一.等温过程 T=恒量，dT=0，E=o。则
.A
Q E W
PaPT
. C 等温
.
绝热
等温过程中,使压强降低ｇ的 原因只有一个------V增大。
O
B
V
V
绝热过程中,使压强降低的原因有两个:
(1)V增大,密度减小.
(2)内能减少,温度降低.
Pa PT 故绝热线比等温线陡! 24
热力学第一定律内能变化与热量的关系
热力学第一定律内能变化与热量的关系热力学是研究物质能量转换和传递规律的科学，而热力学第一定律是其核心内容之一。
热力学第一定律描述了能量守恒的原理，即能量不会凭空消失或产生，只会在系统内进行转换和传递。
在热力学中，内能是一个非常重要的概念，它是物质微观粒子的动能和势能之和。
本文将探讨热力学第一定律与内能变化以及热量之间的关系。
一、热力学第一定律的表达式热力学第一定律可以通过一个简洁而常见的公式表达，即：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外界做的功。
这个公式直观地表达了内能、热量和功之间的关系。
根据这个公式，系统内能的变化量等于系统吸收的热量减去系统对外界做的功。
二、内能变化与热量传递的关系从热力学第一定律的表达式可以看出，内能的变化量与吸收的热量直接相关。
如果系统吸收的热量为正值，那么内能的变化量也为正值；反之，如果系统吸收的热量为负值，那么内能的变化量也为负值。
内能的变化是由于系统吸收或释放热量，而热量的传递方式多种多样。
热量可以通过传导、辐射和对流等方式传递。
无论是哪种方式，系统吸收的热量都会导致内能的变化。
当系统吸收热量时，系统的内能会增加；当系统释放热量时，系统的内能会减少。
三、内能变化与功的关系热力学第一定律中的W代表系统对外界做的功。
功可以看作是能量的传递方式之一，能量从一个系统传递给另一个系统或外界时，就发生了功的转移。
系统对外界做功时，内能的变化与吸收的热量之间存在一定的关系。
如果系统对外界做正功，即系统向外界传递能量，那么内能的变化量就会减小。
这是因为一部分能量通过功的形式从系统转移到外界，导致系统内能的减少。
反之，如果系统对外界做负功，即外界向系统传递能量，那么内能的变化量就会增加，系统内能会增加。
四、内能的守恒根据能量守恒定律，在一个封闭系统中，内能的总和保持不变。
即使存在内能的变化，系统的初始内能与最终内能的总和仍然相等。
热力学第一、二定律
二、能量守恒定律
内容：能量既不会凭空产生， 1、内容：能量既不会凭空产生，也不会凭 空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式， 空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式， 或者从一个物体转移到另一个物体， 或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或 转移的过程中其总量不变． 转移的过程中其总量不变．
热力学第一定律 能量守恒定律 热力学第二定律
思考：改变物体内能的方式有做功和热传递 两种，如果物体在跟外界同时发生做功和热 传递，内能的变化与热量Ｑ及做的功Ｗ之间 又有什么关系呢？
一、热力学第一定律
1、热力学第一定律的内容 ——物体内能的增量等于外界向它传递的热量与外 物体内能的增量等于外界向它传递的热量与外 界对它所做的功的和。 界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定 律。 2、热力学第一定律的表达式
2、能量守恒定律的意义： 、能量守恒定律的意义：
①能的转化和守恒定律是普遍的定律，是分析解决问题的重要 能的转化和守恒定律是普遍的定律， 能的转化和守恒定律是普遍的定律 的方法，能量守恒定律是认识自然 改造自然的有力武器。 能量守恒定律是认识自然、 的方法 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器。 ②能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭，即第 能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭， 能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭 一类永动机（不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器） 一类永动机（不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器）不可 能制成（原因：违背了能量守恒定律）。 能制成（原因：违背了能量守恒定律）。
两种表述是等价的。 2、两种表述是等价的。
3、热力学第二定律的意义： 热力学第二定律的意义：
——揭示了自然界中涉及热现象（即有大量分子参 揭示了自然界中涉及热现象（ 揭示了自然界中涉及热现象 的宏观过程的方向性， 与）的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定 律的一个重要自然规律。 律的一个重要自然规律。
热力学第一定律及重要公式
解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及
热源。
• （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服 大气压力P0作功。
• 设活塞移动距离为x，由力平衡求出：
• 初态：弹簧力F=0，P1=P0
• 终态：P 2fK xP 0f
xP 2P 0fP 2P 1f
K
K
• 对弹簧作功：W' xFdxxKxd 1xK2x
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
qw
结论: 第一类永动机不可能制造出来
对于流体流过管道， ws 0
vdp1dc2 gdz0 2
压力能 动能 位能
dp 1 dc2 dz0
g 2g
机械能守恒 柏努利方程
• 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。 于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温 度的目的,你认为这种想法可行吗?
理想气体内能变化计算
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv fT 代入 u cvdT 1
用 平 均 比
热计算 :
t2
t2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0
热力学第一定律对理想气体的应用
热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律是热力学研究中最基础的定律之一，它描述了能量守恒的原则。
对于理想气体，热力学第一定律可以应用于许多方面，从而帮助我们更好地理解和应用气体的性质和行为。
热力学第一定律可以用于描述理想气体的内能变化。
内能是指气体分子的动能和势能之和，它可以通过一系列热力学过程发生变化。
根据热力学第一定律，内能的变化等于系统所吸收的热量减去系统所做的功，即ΔU = Q - W。
其中，Q表示吸收的热量，W表示系统所做的功。
这个方程式可以用于计算气体在不同过程中的内能变化，从而帮助我们更好地了解气体的性质和行为。
热力学第一定律还可以用于描述理想气体的热容。
热容是指单位质量气体温度变化时所吸收的热量。
对于理想气体，热容可以用下列公式来计算：Cv = (dU/dT)v，其中Cv表示等体热容，dU表示内能的微小变化，dT表示温度的微小变化，v表示体积不变。
根据这个公式，我们可以计算不同温度下气体的热容，从而更好地理解气体的热力学性质。
热力学第一定律还可以用于描述理想气体的焓变化。
焓是指系统的内能加上其所对应的压力和体积的乘积，即H = U + PV。
焓变化可以用下列公式来计算：ΔH = ΔU + PΔV，其中ΔH表示焓变化，ΔU表示内能变化，P表示压力，ΔV表示体积变化。
这个公式可以用于计算气体在不同过程中的焓变化，从而帮助我们更好地了解气体的热力学性质。
热力学第一定律还可以用于描述理想气体的热力学过程。
热力学过程是指气体所经历的一系列状态变化，包括等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程等。
对于不同的过程，热力学第一定律可以用于描述气体的能量变化和传递。
例如，在等温过程中，热力学第一定律可以用下列公式来计算气体所吸收的热量：Q = nRTln(V2/V1)，其中Q表示吸收的热量，n表示摩尔数，R表示气体常数，T表示温度，V1和V2分别表示初始和末状态下的体积。
这个公式可以帮助我们理解气体在等温过程中的能量变化和传递。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
WA1B + QA1B = WA2B + QA2B W A1B 2 A + Q A1B 2 A = 0
§13-2 内能 热力学第一定律
理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 , 理想气体的内能仅是温度的函数 .
E = E (T )
系统内能的增量只与系统起始和终了状态有 关，与系统所经历的过程无关 .
§13-2 内能 热力学第一定律
作机械功改变系统 状态的焦耳实验
作电功改变系统 状态的实验
A V
§13-2 内能 热力学第一定律
一 内 能 （状态量）
实验证明系统从 A 状态变化到 B 状态，可以采用 对系统做功W和向传热Q的方法，不管经过什么过程， 只要始末状态确定，做功W和传热Q之和保持不变 .
1）能量转换和守恒定律 . 第一类永动机是不 可能制成的 .
2）实验经验总结，自然界的普遍规律 .
p
A*
1
p
A*C
2 *B
o
V
∆E A1B 2 A = 0
§13-2 内能 热力学第一定律
二 热力学第一定律
Q = E2 − E1 + W
p
1*
系统从外界吸收的热量,
*2
一部分使系统的内能增加, 另 一部分使系统对外界做功 .
o V1
V2 V
Q = E2 − E1 + W = ∆E + W
准静态过程
∫ Q = ∆ E + V2 pdV V1
微小过程 dQ = dE + dW = dE + pdV
§13-2 内能 热力学第一定律
Q = E2 − E1 + W = ∆E + W
第一定律的符号规定
Q
E2 − E1
W
+ 系统吸热 内能增加 系统对外界做功
系统放热 内能减少 外界对系统做功
物理意义