热一定律01
工程热力学-热力学第一定律
减排措施
根据热力学第一定律，减少不必要的能量损失和排放是可行的，例如通过改进设备的保温性能和减少 散热损失来降低能耗。
环境保护
可持续发展
减少污染
热力学第一定律强调能量的有效利用和转换， 这有助于推动可持续发展，通过更环保的方 式满足人类对能源的需求。
该定律是热力学的基本定律之一，它 为能量转换和利用提供了理论基础。
内容
热力学第一定律可以表述为：在一个封闭系统中，能量总和保持不变，即能量转 换和传递过程中，输入的能量等于输出的能量加上系统内部能量变化。
该定律强调了能量守恒的概念，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化 为另一种形式。
符号和单位
热力平衡状态下的应用
能量转换
热力学第一定律可以用于分析能量转 换过程，如燃烧、热电转换等，以确 定转换效率。
热力设备设计
在设计和优化热力设备时，如锅炉、 发动机等，可以利用热力学第一定律 来分析设备的能量平衡，提高设备的 效率。
非平衡状态下的应用
热传导
在研究非平衡状态下的热传导过程时， 可以利用热力学第一定律来分析热量传 递的方向和大小。
VS
热辐射
在研究物体之间的热辐射传递时，可以利 用热力学第一定律来分析辐射能量的交换 。
热力过程的应用
热力循环
在分析热力循环过程，如蒸汽机、燃气轮机等，可以利用热力学第一定律来计算循环效 率。
热量回收
在热量回收过程中，如余热回收、热泵等，可以利用热力学第一定律来分析回收效率。
04 热力学第一定律的推论
熵增原理
定义
熵增原理是热力学第二定律的一个推论，它指出在一个封 闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。
第1章 热力学第一定律
系统在环境温度不变的条件下发生的变化历程。T1=T2=Te
2). 恒压过程(isobaric process)： 系统在环境压力不变的条件下发生的变化历程。P1=P2=Pe
3) .恒容过程(isochoric process)：
容积不变的系统发生的变化历程。V1=V2
4) 绝热过程(adiabatic process)： 系统在与环境间无热量交换的条件下发生的变化历程。 5) 循环过程(cyclic process)：
化学热力学是怎样产生的？
19世纪，发明蒸汽机，导致工业革命的出现。
蒸汽机：燃煤锅炉——产生高温高压水蒸气——推动机械运转 “热能——机械能” 如何提高“热 — 机”效率？
总结并发现热力学一、二定律——热力学的主要基础。
第一定律：研究化学变化过程中的热效应等能量转换问题。 第二定律：研究化学变化过程的方向和限度。
定义 H=U+PV (焓) QP =H2－H1=△H
对微小的恒压过程， δQP= dH
由于H=U+PV，所以焓是状态函数。△H=△U+△(PV) 热力学定义焓的目的，主要在于研究问题的方便。 物理意义：对于只作膨胀功的恒压过程，系统焓的变化在数值 上等于过程的热。
因恒压热等于系统的焓变，故恒压热也只决定于系统的初末态，与过程无关。
宏观性质统称为状态函数(state function)。
2. 状态函数： 状态函数是系统所处状态的单值函数。对于确定的状态，所 有的状态函数都有确定的值。相反，当状态函数发生变化时， 状态也随之变化。 ★状态和性质之间是相互影响，相互制约的，系统的状态性质 中只要有一个发生变化，必将引起其它性质的变化。 因此，描述系统的状态时，并不需要罗列系统的全部性质。 例：理想气体状态方程
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的基本表达形式。
它指出，能量在物理系统中的转换和传递时，其总量保持不变。
本文将对热力学第一定律进行深入探讨，从概念解释到实际应用进行论述。
1. 能量的定义能量是物理系统中进行各种物质和能量交换的基本属性。
它可以以多种形式存在，如热能、机械能、化学能等。
能量不会自行产生或消失，只会在不同形式之间转化或传递。
热力学第一定律就是描述这种能量转换和传递的规律。
2. 热力学第一定律的表达热力学第一定律的数学表达式可以写作：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
该公式表明，能量的变化由系统吸收的热量和对外做的功共同决定。
3. 定律解读根据热力学第一定律，一个物理系统可以以三种方式与外界交换能量：热传递、做功和物质交换。
系统内能的变化是由这些能量交换所决定的。
如果系统吸收的热量大于对外做的功，系统内能增加；如果系统对外做的功大于吸收的热量，系统内能减少；如果两者相等，则系统内能保持不变。
4. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有重要的应用。
在工程热力学中，可以通过对系统内外能量交换的计算和分析，确定系统的热效率和功率输出。
在生物学中，热力学第一定律可以解释生物体内能量转换的规律，如新陈代谢过程中的能量平衡。
在环境科学中，热力学第一定律可以应用于能源转换和环境评估中。
5. 热力学第一定律的局限性热力学第一定律虽然是能量守恒的基本表达形式，但也有一定的局限性。
它无法准确描述能量的质量和结构变化，以及一些微观过程中的能量转移情况。
对于开放系统和非平衡态系统，热力学第一定律需要与其他定律和理论相结合使用。
总结：热力学第一定律是能量守恒定律的基本表达形式，描述了能量在物理系统中的转换和传递规律。
它对于工程、生物学和环境科学等领域具有重要的应用价值。
然而，在一些特殊情况下，热力学第一定律需要与其他定律和理论相结合使用，才能准确描述能量的变化和转移过程。
大学物理化学1-热力学第一定律课后习题及答案
热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。
( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。
( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。
( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。
( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。
（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。
2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。
( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。
3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。
4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。
5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。
( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。
6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。
( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。
7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。
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的基本原理之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量的转化和守恒，对于揭示物质的能量变化和热力学性质具有重要的意义。
本文将深入探讨热力学第一定律的概念、原理和应用。
热力学第一定律的概念热力学第一定律是由英国物理学家焦耳在19世纪提出的。
它可以简洁地表述为能量守恒定律，即能量既不能被创造也不能被摧毁，只能在不同形式之间转化。
这意味着一个封闭系统中的能量总量是恒定的，能量既不能消失也不能产生。
当一个系统经历能量的转化时，其总能量保持不变，只是能量的形式和分布发生改变。
热力学第一定律的原理热力学第一定律的原理可以通过以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
这个公式表明，系统内部能量的变化等于系统吸收的热量与系统对外做的功之间的差值。
当系统吸热时，ΔU为正，系统内部能量增加；当系统放热时，ΔU为负，系统内部能量减少；当系统对外做功时，ΔU 为负，系统内部能量减少；当系统由外界做功时，ΔU为正，系统内部能量增加。
热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学领域有着广泛的应用。
下面将介绍热力学第一定律的几个重要应用。
1. 热机效率计算热力学第一定律在热机效率计算中起着重要的作用。
热机的效率是指能够转化为有效功的热量与燃料能量之间的比例。
通过热力学第一定律的应用，我们可以计算出热机的效率，从而评估其性能。
2. 平衡热量计算在热平衡过程中，热力学第一定律可以用于计算平衡热量。
平衡热量是指系统从一个状态到另一个状态的过程中吸收或释放的热量。
通过应用热力学第一定律，我们可以计算系统在不同温度下的平衡热量，并进一步了解能量转化过程。
3. 定常流动计算在工程领域中，很多设备和系统都涉及流体的流动。
热力学第一定律可以用于定常流动过程的计算。
这种定常流动的例子包括空调系统、燃料电池、蒸汽涡轮等。
通过应用热力学第一定律，我们可以计算能量损失和效率，从而优化系统性能。
01章_热力学第一定律
U U U (T , p ) ； U ( T , V )
； U
U ( p ,V )
如果是 U U (T , p ) 全微分式： d U
0
六、热和功
1、热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称热， 从微观上看，热是体系分子无序热运动的能量交 换。用符号Q 表示，其微小量用 Q 表示。 Q的取号：系统吸热，Q>0 系统放热，Q<0
计算Q一定要与系统与环境之间发生热交换 的过程联系在一起，系统内部的能量交换不可能 是热。 热分类：显热、潜热（恒温恒压的相变过程）、 化学热。
3、相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变
4、化学平衡（chemical equilibrium ） 反应系统中各物的数量不再随时间而改变
三、状态函数 系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处
的状态，而与பைடு நூலகம்统的历史无关；
它的变化值仅取决于系统的始态和终态，而
热和功的取号与热力学能变化的关系 系统吸热
Q>0 环境 U >0 系统
系统放热
Q<0 U <0 W<0 对环境作功
U = Q + W
W>0 对系统作功
例1：体系由A态变化到B态，沿途径Ⅰ放热100J， 对体系做功50J，问①由A态沿途经Ⅱ到B态，体系 做功80J，则Q为多少？②如果体系再由B态沿途经 Ⅲ回到A态，得功为50J，体系是吸热还是放热， Q为多少？ Ⅱ Ⅰ A Ⅲ 系统变化框图
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。
(2)-01章-热力学第一定律(可逆过程,体积功,焓,热容)
热力学第一定律及其应用
环境 surroundings
无物质交换 封闭系统
Closed system
U Q W
有能量交换
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2020/3/7
热力学第一定律
Joule（焦耳）和 Mayer（迈耶尔)自1840年 起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转 换关系，得到的结果是一致的。
也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机（first kind of perpetual motion machine):一种既不靠 外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器 称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。
热力学第一定律是人类经验的总结，事实证明违背该定 律的实验都将以失败告终，这足以证明该定律的正确性。
U U2 U1 QW 对于微小变化 dU Q W
热力学能的单位： J
热力学能是状态函数，用符号U表示，它的 绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。
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2020/3/7
热力学第一定律的文字表述
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现 象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和 功之间可以相互转化，但总的能量不变。
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。
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2020/3/7
热力学能
系统总能量通常有三部分组成：
（1）系统整体运动的动能 （2）系统在外力场中的位能 （3）热力学能，也称为内能 热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动， 不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能
热力学第一定律
三、比热容比
CP
(
i 2
1 )R
i
2 2
R
i
CV
R 2
定义比热容比 ：（摩尔热容比）
1.33
CP CV
i2 i
1.40 1.67
多原子 双原子 单原子
理想气体的热容与温度无关。这一结论在低 温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。
7-4 绝热过程 一、特征：dQ = 0
二、 绝热过程的功：
A
P(105Pa)
(B) 700J
4a
d
√ (C) -700J
(D) 1000J
c
1e
b
０1
4 V(10-3m3)
思路: Ta ＝Tb Eab 0
Qab Wab
Vb PdV
Va
Eacbda 0
Qacbda Wacbda
Vb PdV
Va
Va PdV 500 - 1200( J )
Vd
等容过程中，1摩尔物质， 温度升高1K时所吸收的热量
M QV M mol CV ( T2 - T1 )
E
M M mol
i 2 R( T2 - T1 )
i
CV
R 2
可见：CV只与自由度 i 有关，与 T 无关。
对于理想气体： dE
M M mol
CV dT
任何过程
二、 定压摩尔热容
Cp
dQ p dT
c
b
31.5 102 ( J )
Qab Aab
( 2 )
Acb
Vb PdV
Vc
０
V(l)
22.4 44.8
11.013105 22.4 10-3 22.7 102(J ) Qacb Acb
热力学第一定律
பைடு நூலகம்14
当 5molH2(g)与 4molCl2(g)混合,最后生成 2molHCl(g)｡ 若以 H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)为基本单元,则反应 进度ξ 应是: A.1mol B.2mol C.4mol D.5mol 欲测定有机物燃烧热 Qp,一般使反应在氧弹式量热计中进行,实测得热效应为 QV｡ 公式 Qp=QV+nRT 中的n 为: A.生成物与反应物总物质的量之差 B.生成物与反应物中气体组分的物质的量之差 C.生成物与反应物中凝聚相组分的物质的量之差 D.生成物与反应物的总热容差 凝固热在数值上与下列哪一种热相等: A.升华热 B.溶解热 C.气化热 D.熔化热
15
16 17
已知 1molHCl 的无限稀释溶液与 1molNaOH 的无限稀释溶液在恒温恒压下完全反应,反应的热效应
rHm =-55.9kJ· mol-1,则 1mol HNO3 的无限稀释溶液与 1mol KOH 的无限稀释溶液在恒温恒压下完 全反应的热效应rHm 为: A.>-55.9kJ· mol-1 B.<-55.9kJ· mol-1 C.=-55.9kJ· mol-1 D.不能确定 18 在标准压力下,C(石墨)+O2(g)=CO2(g)反应的热效应为rHm ,下列哪种说法是错误的? A.rHm 是 CO2(g)的标准摩尔生成焓 B.rHm = rUm C.rHm 是石墨的标准摩尔燃烧焓 D. rUm <rHm 计算化学反应的热效应,下述说法哪些是正确的? (1)在同一算式中必须用同一参比态的热效应数据｡ (2)在同一算式中可用不同参比态的热效应数据｡ (3)在不同算式中可用不同参比态的热效应数据｡ (4)在不同算式中必须用同一参比态的热效应数据｡ A.1,3 B.2,4 C.1,4 D.2,3 Cl2(g)的标准摩尔燃烧焓为何值? A.HCl(g)的标准摩尔生成焓 C.HClO4 的标准摩尔生成焓 B.HClO3 的标准摩尔生成焓 D.1molCl2(g)生成盐酸水溶液的热效应
01热力学第一定律
E U EK E p
Hubei Automotive Industry Institute
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
汽车发动机原理
第一章
热力学第一定律
1.2.3 开口系统稳定流动能量方程
开口系统稳定流动方程 • 对1 kg工质而言，有：q h wt • 对微元过程而言，有：q dh δwt δ 1）第一定律两解析式可相互导出，但只有在开 系中能量方程才用焓。 2）通过膨胀，由热能转化为功， w q u
第一章
热力学第一定律
1.1.2 状态及状态参数
• 平衡状态的充要条件是： （1）热平衡（2）力平衡（3）相平衡（4）化学平衡
稳定未必平衡 平衡未必均匀
Hubei Automotive Industry Institute
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
边界 系统与外界的分界面。 闭口系统 热力系统与外界没有物质交换的系统。 开口系统 热力系统与外界有物质交换的系统。
Hubei Automotive Industry Institute
01-热力学第一定律
(A) p (B) V
(C) T,U (D) T, p
6. 2 分 (0008)
(1) 体系的同一状态能否具有不同的体积？
(2) 体系的不同状态能否具有相同
(A) (1),(2) (B) (3),(4)
(C) (2),(4) (D) (1),(3)
2. 2 分 (0002)
下面陈述中，正确的是： ( )
(A) 虽然和W是过程量，但由于V =ΔU，p=ΔH，而U和H是状态函数，所以
V和p是状态函数
(B) 热量是由于温度差而传递的能量，它总是倾向于从含热量较多的高温物体流向含热换能量的形式非功即热
(D) 两物体之间只有存在温差，才可传递能量，反过来体系与环境间发生热量传递后,
必然要引起体系温度变化
3. 1 分 (0003)
在 SI单位中，压力的单位是： ( )
(A) atm (B) kg×m-2
(C) Pa (D) mmHg
4. 5 分 (0005)
现有两个微分式： dZ1=Y(3X2+Y2)dX+X(X2+2Y2)dY
dZ2=Y(3X2+Y)dX+X(X2+2Y)dY
式中dZ2代表体系的热力学量，Y,Z是独立变量。若分别沿Y=X与Y=X 2途径从始态X=0,Y=0 至终态X=1,Y=1 积分,可以证明dZ2为全微分的应是： ( )
(A) dZ1 (B) dZ2
1) 状态一定，内能也一定
(2) 对应于某一状态的内能是可以直接测定的
(3) 对应于某一状态，内能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值
(4) 状态改变时，内能一定跟着改变
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学基本定律之一。
它阐述了能量在物理系统中的守恒原理，即能量不会被创造或消灭，只会在不同形式之间转换或传递。
该定律在许多领域都有广泛的应用，包括工程、物理、化学等。
1. 定律的表述热力学第一定律可从不同的角度进行表述，以下是几种常见的表述方式：1.1 内能变化根据热力学第一定律，一个封闭系统内能的变化等于系统所吸收的热量与系统所做的功的代数和。
数学表达式如下：ΔU = Q + W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统所做的功。
1.2 能量守恒根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被摧毁，只会在不同形式之间传递或转换。
能量的总量在一个封闭系统中保持不变。
2. 系统内能的变化系统内能的变化是热力学第一定律的核心内容之一。
系统内能的变化是由系统吸收或释放的热量以及系统所做的功决定的。
2.1 系统吸收的热量系统吸收的热量指的是系统从外界获得的热能。
当一个热源与系统接触时，能量会以热量的形式从热源传递到系统中。
系统吸收的热量可以引起系统内能的增加。
2.2 系统所做的功系统所做的功指的是系统对外界做的能量转移。
当系统对外界施加力并移动时，能量会以功的形式从系统传递到外界。
系统所做的功可以引起系统内能的减少。
3. 热力学第一定律的应用3.1 工程应用热力学第一定律在工程领域有着广泛的应用。
例如，在能源系统的设计与优化中，需要根据系统的能量转换过程，计算系统的内能变化和热功效率等参数，以提高能源利用效率。
3.2 物理学应用在物理学研究中，热力学第一定律通常用于分析热力学过程中的能量转化。
例如，在热力学循环中，通过计算各个环节的能量转换情况，可以确定工作物质的热效率，从而评估系统的性能。
3.3 化学反应在化学反应中，热力学第一定律对于研究反应的能量变化和平衡状态具有重要意义。
通过计算反应过程中释放或吸收的热量，可以确定反应的放热性或吸热性，并预测反应的发生与否。
物理化学 01章_热力学第一定律及其应用
功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：
环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0 。
Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
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2021/1/3
1．2 热力学第一定律
•热功当量 •能量守恒定律 •热力学能 •第一定律的文字表述 •第一定律的数学表达式
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2021/1/3
热功当量
焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经 20多年，用各种实验求证热和功的转换关系， 得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理 提供了科学的实验证明。
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2021/1/3
热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。
•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。
•能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。
局限性 不知道反应的机理、速率和微观性
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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2021/1/3
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个 是独立的，它们的函数关系可表示为：
•体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •热力学平衡态 •状态函数 •状态方程 •热和功
热力学第一定律(实际气体节流过程)
熵增原理可以用来判断节流过程中气 体的状态变化方向和过程是否可逆。
熵增应用
在节流过程中，气体的熵会增加，这 是因为气体通过节流元件时，其状态 发生了变化，从有序状态变为无序状 态。
节流过程中热力学第一定律的验证方法
验证方法
通过测量节流前后的气体压力、温度和流量等参数，结合 热力学第一定律公式（ΔU = Q + W），计算出气体内能 的增量ΔU。
初始状态
气体的初始状态也会影响节流过程中温度和压力 的变化趋势，因此需要了解气体的初始温度、压 力和密度等参数。
节流装置的结构
节流装置的结构也会影响节流过程中温度和压力 的变化趋势，因此需要根据实际需求选择合适的 节流装置结构。
04
热力学第一定律在节流过程中的应用
节流过程中能量的转换与守恒
节流过程
不可逆过程的定义和特性
不可逆过程是指与热力学第二定律相 违背的过程，它不能自发地逆转，即 系统从有序向无序转化的过程。
不可逆过程的特性包括熵增加、能量 耗散和时间箭头等，这些特性揭示了 自然界的演化规律和方向。
02
热力学第一定律概述
热力学第一定律的定义
热力学第一定律是指能量守恒定律在热力学中的具体表现，它指出在一个封闭系 统中，能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
当气体通过节流装置时，由于受到压力的降低， 气体分子之间的距离会减小，分子间的碰撞频 率会增加，从而引起温度的降低。
同时，由于气体的压力降低，气体的密度也会 减小，导致气体的体积膨胀，从而引起压力的 降低。
节流过程的特点
节流过程中，气体的温度和压力 会同时发生变化，且变化趋势与
气体的种类和初始状态有关。
热力学第一定律的应用范围
01 热力学第一定律
• 可逆过程必是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可
逆过程。
• 一切实际过程不可逆。
• 可逆过程可用状态参数图上实线表示。
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引入可逆过程的意义
可逆过程的功与热完全可用系统内工质的状态参数表达， 可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况 （可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆因 素加以修正。
3. 可逆过程
系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反向进 行，回复到原状态，而且不在外界留下任何影响，则该过程 称为可逆过程。即不存在耗散效应。
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注意：
耗散效应：通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻， 磁阻等）
• 可逆过程 = 准平衡过程 + 没有耗散效应（如摩阻）
• 准平衡着眼于系统内部平衡，可逆着眼于系统内部及
3）孤立系 ——和外界既无能量交换又无质量 交换。 是一个抽象概念。
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二、平衡状态和状态参数
1. 热力状态（状态）
——热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状态。
2. 热力平衡状态（平衡状态）
——没有外界作用情况下，工质宏观性质长久保持不变的状态
在无化学反应及无相变的条件下，若一个系统同时处于热 平衡和力平衡，则该系统处于热力平衡状态，简称平衡状态。 • 热平衡 系统温度到处相同，并与外界平衡。 • 力平衡 系统压力到处相同，并与外界平衡。
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表压力pe
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真空度pv
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注意
工程实际中，无论是用压力表还是真空表，测到的都 是工质的绝对压力与环境压力之差，而不是工质的真 实压力（绝对压力）； 只有绝对压力才是状态参数； 环境压力并非一定是大气压力，是指测压差仪表所处 的空间压力。
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不可能制成的”
Q
锅 炉
电 加 热 器
汽轮机
发电机 凝 汽 器
Wnet
给水泵
Qout
§2-2
热一律的推论内能
Internal energy
内能的导出 闭口系循环
内能的导出
对于循环1a2c1
p 1 b
a
c 2 V
对于循环1b2c1
状态参数
内能及闭口系热一律表达式
闭口系热一律表达式
内能U 的物理意义
第三章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
§3-1 热力学第一定律的本质
本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用 18世纪初，工业革命，热效率只有1% 1842年，J.R. Mayer阐述热一律，但没有 引起重视 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性 证明热一律，于1850年发表并得到公认 1909年，C. Caratheodory最后完善热一律 卡拉西奥多里
焦耳实验
1、重物下降，输 入功，绝热容 器内气体 T 2、绝热去掉，气
体 T ，放出
热给水，T 恢复
原温。
焦耳实验
水温升高可测得热量， 重物下降可测得功
Mechanical equivalent of heat
工质经历循环:
闭口系循量 热一律又可表述为“第一类永动机是
系统总能 total energy
外部储存能macroscopic forms of energy
机械能
系统总能
内能的说明
内能是状态量 state property U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 强度参数 [kJ/kg]
内能总以变化量出现，内能的零点是
人为确定的
Q W
dU 代表某微元过程中系统通过边界 交换的微热量与微功量两者之差值，也 即系统内部能量的变化。
U 代表储存于系统内部的能量 内储存能（内能、热力学能）
内能的组成
移动 translation 分子动能 转动 rotation 振动 vibration 分子位能 binding forces 内能 化学能 chemical energy 核能 nuclear energy