03.热力学第一定律解析
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。
3 热力学第一定律
2
3.4.4
绝热过程
3.4.4.1 状态参数的变化规律
cv dT pdv 0
cv ( pdv vdp) pdv 0 R
c p cv R
k cp cv
(cv R) pdv cv vdp 0
c p pdv cv vdp 0
过程方程 pv 常数
k
求积分 k dv dp 0 v p
热力过程中的状态参数变化规律
理想气体，在任何过程中
内能变化： du cv dT
焓的变化：
dh c p dT
熵的变化量：由定义和过程进行的条件求出
q ds T
3.4.6 在p-v图、T-s图上绘制过程线
p
3' 4
2'
'
1
T
4'
1 2 n0
n0
0
2
3'
0
o
n 1'
3 n 1 4 nk
3.1.2 内能的导出
p
c 2
如图3－1所示的闭口系统， 经历一个热力循环。热力学 第一定律被表述为：
a
b
1
Q W 0 Q W Q W 0 1a 2 2 b1
v
1c 2
o
Q W Q W 0
2 b1
5
图3－1 闭口系统的热力循环
的热力过程中，能量在传递和转换前后的总量维
持恒定。
主要涉及的能量： 功量 热量 内能
3
3.1.1 内能—internal energy
工质的内能是绝对温度T和比体积v的函数，即：
u f (T ,v)
热力学第一定律的理解
解析 (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2回到状态1的过程中内能应 减少，其减少量应等于从状态1到状态2 的过程中内能的增加量，则从状态2到 状态1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)增加160 J (2)外界对气体做 功 80 J
【备选】 (2011· 江苏卷) 如图 所示，内壁光滑的汽缸水平放 置．一定质量的理想气体被活塞 密封在汽缸内，外界大气压强为 p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收 热量Q后，体积由V1增大为V2.则 在此过程中，气体分子平均动能 ______( 增大 选填“增大”、“不变” 或“减小”)，气体内能变化了 Q－p0(V2－V1) ______________.
P、V、 T
解析 由于对汽缸缓慢加热，温 度升高，气体分子平均动能 增大； 根据热力学第一定律: W＋Q＝ΔU， 其中气体对外做功: W＝－p0(V2－V1)， 气体内能变化: ΔU＝Q－p0(V2－V1). 答案 增大 Q－p0(V2－V1)
解析显隐
3.规律方法
规律方法
应用热力学第一定律应注意符号法则:
选修3-3 热学
热力学第一定律的理解
主讲人：徐礼艺
1.热点透析
热力学第一定律的理解
热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内 能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传 递之间的定量关系，即ΔU＝Q＋W。
1.热力学第一定律的几种特殊情况 ①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于 物体内能的增加量． ②若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于 物体内能的增加量． ③若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0 或W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量．
3第二章热力学第一定律
●闭口热力系统总储存能的变化： △E=△U=U2-U1 闭口热力系统总储存能的变化：
热力学第一定律： 热力学第一定律： Q －W=△E=△U 或 Q =△U+ W
Q
W
一、闭口系统能量方程式
Q = U + W 一 δQ = dU + δW
般 式 q = u + w
Q
W
δq = du + δw δq = du + pdv
2
单位工质
适用条件： ） 适用条件：1）任何工质 2) 任何过程
●过程量
符号w ●符号
轴功
●定义 ●符号 ●实例
系统通过机械轴与外界传递的机械功 ws 规定系统输出轴功为正，输入为负 规定系统输出轴功为正， ws
…………… …………… …………… …………… ……………
ws
闭口系统
开口系统
2-4 焓enthalpy
流动工质传递的总能量 pV + U + 0.5mc2 + mgz h= u + pv 定义焓： 定义焓：H=U+ pV 单位： 单位： J（kJ） kJ） J/kg（kJ/kg） J/kg（kJ/kg） 对理想气体：h=u+pv=u+RT=f( ●H是状态参数 ，对理想气体：h=u+pv=u+RT=f(T) 是 H为广延参数 h为比参数 ● H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh， h为比参数 物理意义： ●物理意义：
物理化学知识点总结(热力学第一定律)
热力学第一定律一、基本概念1.系统与环境敞开系统：与环境既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统：与环境只有能量交换而无物质交换的系统。
（经典热力学主要研究的系统）孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。
2.状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。
根据状态函数的特点，我们把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类。
广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成正比，如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大a倍，则相应的广度函数便扩大a倍。
强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度，摩尔体积等。
注：状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。
二、热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式：对于一个微小的变化状态为：dU=公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。
它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。
或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。
这里的W既包括体积功也包括非体积功。
以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。
它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。
三、体积功的计算1.如果系统与环境之间有界面，系统的体积变化时，便克服外力做功。
将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。
当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积因为我们假设活塞没有质量和摩擦，所以此活塞实际上只代表系统与环境之间可以自由移动的界面。
热力学第三章 热一律
out m out
h c / 2 gz
2
in min Wnet
一、稳定流动条件
1、 m out m in m
2、 Q Const , W net Const Ws
Ws为轴功 Shaft work
3、 CV内总能不随时间变化： dEcv/=0
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
二、开口系能量方程的推导
Wf= moutpoutvout- minpinvin e=u+c2/2+gz
带入的能量
ein+ minpinvin CV
= u+c2/2+gz+ minpinvi
h=u+pv
二、开口系能量方程的推导 定义 h=u+pv为 比焓，将推导结 果进行整理得开 口系能量方程的 一般形式：
二、稳定流动方程
Q m h c / 2 gz out h c / 2 gz in Ws
2
2
Q mq
2
Ws m ws
2
q ( h c / 2 gz ) out ( h c / 2 gz ) in ws
q h c / 2 g z ws
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，即 系统内部能量的变化。 U 代表储存于系统内部的能量
内部储存能（内能）
内能
分子动能（移动、转动、振动） 分子位能（相互作用） 核能 化学能
工程热力学与传热学3)热力学第一定律
工质的总储存能E（简称总能）= 内部储存能+外部储存能=热力学能+宏观运动 动能+位能
E =U+Ek+Ep
内部储存能 外部储存能
（3.1）
• •
dE=dU+dEk+dEp ΔE=ΔU+ΔEk+ΔEp
（3.2） （3.3）
E =U+Ek+Ep
Ek=(mcf2)/2 Ep=mgz （3.4）
1 2 E U mcf mgz 2
例题3.2附图
（1）首先计算状态1及2的参数：
p1=p0+F1/A=771×133.32+195×9.81/0.01=2.941×105 (Pa) V1=h×A=0.1×0.01=10-3 (m2) p2=p0+F2/A=771×133.32+95×9.81/0.01=1.960×105 (Pa)
3.3.2 功量
功源的不同形式
电功 磁功 机械拉伸功 弹性变形功 表面张力功 膨胀功 轴功
（1）膨胀功（容积功） 与系统的界面移动有关 • 定义：热力系统在压力差作用下因工质容 积发生变化而传递的机械功。
• 热量转换为功量→工质容积发生膨胀→产 生膨胀功 • 闭口系统膨胀功：通过热力系统边界传递 开口系统膨胀功：通过其他形式传递
• 热力学第一定律解析式：热力学第一定律 应用于闭口系统而得的能量方程式，是最 基本的能量方程式 • Q = ∆U + W
一部分用于增加 工质的热力学能 储存于工质内部
一部分以作功的方 式传递至环境
• 热力学第一定律解析式的微分形式： • • • δQ＝dU+δW （3.10） • 对于1kg工质： q＝Δu+w δq＝du+δw （3.11） （3.12）
能量守恒定律 热力学第一定律
能量守恒定律热力学第一定律
能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，也称为热力学第一定律。
它表明，在任何系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能在不同形式之间转化。
换句话说，系统中的能量总量保持不变，即能量守恒。
这个定律适用于所有物理系统，包括热力学系统。
在热力学系统中，能量可以以多种形式存在，如热能、动能、势能、化学能等。
热力学第一定律表明，系统中的能量总量等于输入和输出的能量之和，即能量守恒。
因此，热力学第一定律可以用来描述热能的转移和转化。
例如，在一个封闭的容器中，当热源向其中输入热量时，其内部的能量总量增加，而当它向外界释放热量时，其内部的能量总量减少。
这个过程中，能量的总量始终保持不变。
总之，能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在物理系统中的本质和特性，具有重要的理论和实际意义。
- 1 -。
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。
热力学第一定律
思考与讨论： 一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还 是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135J， 同时向外放热85J，气体内能的变化是多少？内能 的增加了 还是减少了？ 答案：气体对外界做功；
D U = - 220J
表明系统内能减小了220J；
例题1、用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900J 的功，同时气缸向外散热210J，气缸里空气的内能 改变了多少？空气内能增加了还是减少了？
DU = W + Q
DU = Q + W
热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量 等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功 的和。
理解：在式子
D U = W + 中， Q
如果Q为正值，表明系统从外界吸热，如果Q为负 值，表明系统向外界放热； 如果W为正值，表明外界对系统做功，如果W为 负值，表明系统对外做功。 如果U为正值，表明系统内能增大，如果U为负值， 表明系统内能减小。
解析：外界对空气做功： W = 900J 气缸向外散热：
Q = - 210J
空气的内能改变了：
D U = Q + W = - 210 + 900 = 690J
空气的内能增加了690J
练习： 奶牛的心脏停止跳动后，大约在1小时内体温由 37.0摄氏度降低到33摄氏度。请你有此估算要维持一头体 重为400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少为 它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是 水。（水的比热容为 C = 4.2? 103 J /） kg 0C
思考：《三国演义》中诸葛亮发明的
木牛流马在现实中有可能制成吗？
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律
主讲：杨再琪
一、热力学第一定律
第一章 热力学第一定律
第一章 热力学第一定律核心内容：能量守恒 ΔU=Q+W主要内容：三种过程（单纯pVT 变化、相变、化学反应）W 、Q 、ΔU 、ΔH 的计算一、内容提要1．热力学第一定律与状态函数（1）热力学第一定律： ΔU=Q+W （封闭系统） 用途：可由ΔU ，Q 和W 中的任意两个量求第三个量。
（2）关于状态函数（M ）状态函数：p 、V 、T 、U 、H 、S 、A 、G ……的共性： ①系统的状态一定，所有状态函数都有定值；②系统的状态函数变化值只与始终态有关，而与变化的途径无关。
用途：在计算一定始终态间的某状态函数增量时，为了简化问题，可以撇开实际的复杂过程，设计简单的或利用已知数据较多的过程进行计算。
ΔM （实）=ΔM （设）。
这种方法称为热力学的状态函数法。
③对于循环过程，系统的状态函数变化值等于零，即ΔM =0。
此外，对于状态函数还有如下关系：对于组成不变的单相封闭系统，任一状态函数M 都是其他任意两个独立自变量（状态函数）x 、y 的单值函数，表示为M=M(x 、y)，则注意：因为W 和Q 为途径函数，所以Q 和W 的计算必须依照实际过程进行。
⎰-=21V V a m bdV p W ，其中p amb 为环境压力。
Q 由热容计算或由热力学第一定律求得。
dy y M dx x M dM xy ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=)(1循环关系式-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂xM y M y y x x M )(22尤拉关系式xy My x M ∂∂∂=∂∂∂1（p 1,V 1,T 1） （p'1,V 1,T 2） 2（p 2,V 2,T 2） （p 1,V'1,T 2） VT 将热力学第一定律应用于恒容或恒压过程，在非体积功为零（即w'=0）的情况下有：Q V =ΔU ，Q p =ΔH （H 的定义：H=U+pV ）。
此时，计算Q v 、Q p 转化为计算ΔU 、ΔH ，由于U 、H 的状态函数性质，可以利用上面提到的状态函数法进行计算。
热力学第一定律与第二定律
B
C
D
环境和生态
热力学定律在环境科学和生态学中用于研 究能量流动、物质循环和全球气候变化等。
航天和航空
航天器和航空器的设计和运行过程中，热 力学定律用于研究空气动力学、推进系统 效率和热管理等方面。
热力学定律在工程中的应用
热力发动机
根据热力学第一定律，热力发 动机将热能转换为机械能，如
内燃机和燃气轮机。
内容解析
热传导的方向性
热力学第二定律指出，热量自发地从高温物体传向低温物体，而不是自发地从低温物体传 向高温物体。这一规律揭示了热传导的方向性，即热量传递是有方向的。
机械能与热能转换的不自发性
热力学第二定律还指出，在没有外界能量输入的情况下，一个封闭系统的机械能（例如气 体膨胀）自发地减少，而热能不会自发地转化为机械能。这一规律揭示了机械能与热能转 换的不自发性。
家用电器
电烤箱、电饭煲等家用电器在工作时， 遵循热力学定律，将电能转换为热能， 实现烹饪和加热功能。
建筑采暖和制冷
在建筑采暖和制冷系统中，热力学定 律用于指导系统的设计和运行，提高 能效和舒适度。
汽车发动机
汽车发动机利用燃料燃烧产生的热量 转换为机械能，驱动车辆行驶，遵循 热力学定律。
食品加工
在食品加工过程中，如烘焙、烹饪和 发酵等，热力学定律用于指导工艺参 数和控制食品质量。
01
02
03
理论验证
通过实验验证热力学定律 的正确性和适用范围，有 助于完善和发展热力学理 论。
应用价值
实验验证热力学定律对于 解决实际问题具有重要的 指导意义，如能源利用、 环境保护等。
学科交叉
热力学定律的实验验证涉 及到多个学科领域的知识 和技术，有助于促进学科 交叉和融合。
热力学第一定律及其表达式
热力学第一定律及其表达式热力学第一定律，也称能量守恒定律，是热力学基础中的重要原则之一，它表明了能量不可能从无到有或从有到无，能量只能从一种形态转换到另一种形态，总能量守恒。
热力学第一定律可以用不同的表达式来阐述。
一、热力学第一定律的定义热力学第一定律指出，一个系统的内部能量可通过热和功的转移而改变，但对于封闭系统，内能的变化量等于对系统的做功加吸收热量之和，即ΔU=Q+W。
其中ΔU为内能的变化量，Q为系统吸收的热量，W为系统所受到的做功量。
二、热力学第一定律的表达式1. 定容过程当一个系统的体积不变时，系统的内部能量只能改变，因此系统的内部能量改变量等于吸收的热量，即ΔU=Q。
2. 定压过程当一个系统受到一定的外界压力时，系统的体积会发生改变，此时系统需要对外界做功，机械功为PΔV，因此对于定压过程，热力学第一定律的表达式为ΔU=Q-PΔV。
3. 等温过程当一个系统温度不变时，其内部能量也不会发生改变，因此将热量Q输入系统后，系统所做的功W等于输入的热量Q，即W=Q，热力学第一定律的表达式为ΔU=0，也就是说，系统的内部能量不会改变。
三、热力学第一定律的意义热力学第一定律告诉我们，能源不是可以无限制地使用的，而是有限的，我们必须通过节约、利用和转化等手段获得更大的能源效益。
热力学第一定律的表达式也提醒我们，在能量转化过程中，机械功和热量是可以互相转化的，但能量的总量不会发生改变。
总之，热力学第一定律及其表达式是热力学基础中的重要原则之一，它确定了能量不可能从无到有或从有到无，总能量守恒的基本原则。
我们在运用各种设备和工具时，应该根据热力学第一定律来设计和改进，以保证能源的更有效率、更持久和更环保的使用。
工程热力学热力学第一定律
第三章热力学第一定律第一节 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律。
能量守恒与转换定律的核心内容就是：自然界中一切物质都具有能量，能量既不可能被创造，也不可能被消灭，而只能从一种形式转变为另一种形式，在转换中，能量的总量恒定不变。
量守恒与转换定律是人类对长期实践经验和科学实验的总结，是自然界的一个基本规律。
将能量守恒与转换定律应用于热力学所研究的与热能相关的能量传递与转换，得到的就是热力学第一定律。
热力学第一定律有许多种表述方法。
历史上，最早的表述为：“热可以变为功，功也可以变为热。
消失一定量的热时，必产生数量相当的功；消耗一定量的功时，亦必出现相应数量的热”。
当初所以这样表述，是因为在热力学第一定律提出之前，对于热的认识还很模糊，热量的单位与功的单位也不统一，导致表述比较繁杂。
最早的另外一种表述为：“第一类永动机是不可能制造成功的”。
所谓第一类永动机是一种不花费能量就可以产生动力的机器。
历史上，有人曾幻想要制造这种机器，但由于违反了热力学第一定律能量守恒的原则，结果总是失败。
这种表述是从反面说明要得到机械能必须花费热能或其它能量。
热力学第一定律可以简单地表述为：在热能与其它形式的能量互相转换时，能的总量保持守恒。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是热力过程能量传递与转换分析计算的基本依据。
它普遍适用于任何工质、任何过程。
用热力学第一定律分析一个发生能量传递与转换的热力过程时，首先需要分析列出参与过程的各种能量，依据热力学第一定律能量守恒的原则，建立能量平衡方程式。
对于任何一个具体的热力系所经历的任何热力过程，热力学第一定律能量平衡方程式都可以一般地表示为：进入系统的能量一离开系统的能量 =系统储存能的变化（3-1）（3-1）式是一种以热力系为对象，用方程式的形式对热力学第一定律的表述。
它的成立，并不依赖系统某种工质或某个热力过程的个别属性，所依据的仅是热力学第一定律能量守恒的原则。
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火，人们就注意探究热、冷现象本身。
但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪，在19世纪40年代前后，人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。
人们对热的研究也不再是孤立地进行，而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热，特别是在热与机械功的转比中认识热。
热力学在发展过程中形成了三大基本定律，它们构成了热力学的核心。
热力学第一定律：能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。
在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中，把热看作“力”(能量)的一一种形式，他指出'热是能够转比为运动的力“。
他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。
在论文中，迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化，提出了“力“不灭思想，迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。
1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。
他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。
1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。
他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。
” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。
把热看成是一种状态量。
由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。
经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。
能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
高中物理之热力学第一定律和能量守恒定律知识点
高中物理之热力学第一定律和能量守恒定律知识点热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究物质世界中有关热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是将一物质系统中大量粒子看作一个整体，研究系统所表现的各种宏观性质和规律。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是一个包括热现象在内的能量守恒与转化的定律。
热力学第一定律首先涉及到内能功热量的基本概念内能功热量内能广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。
某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为，由状态参量T决定，内能E=E（T），是状态参量T的单值函数。
真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。
实验证明人，真实气体的内能，是状态参量T 和V （或ρ）的函数，即E=E（T，V）或E=E（T，P）。
总之，某给定气体系统的内能。
只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。
功气体系统体积变化过程所做的功（体积功）元功气体膨胀dV＞0 系统对外做正功dA＞0 气体被压缩dV＜0 系统对外做负功dA＜0 体积从Va变到Vb系统所做的功沿a c d过程的功不等于沿a d b过程的功系统通过体积变化实现作功。
热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。
热量热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。
若改用摩尔热容C，即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则系统由温度T1 变到温度T2的过程中所吸收的热量系统吸收的热量为正Q＞0。
若计算结果Q＜0则表示系统放热。
热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。
系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。
故热量也是过程量内能、功、热量的国际标准单位都是焦耳（J ）热力学第一定律在任何一个热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量E2-E1与系统对外作功 A 之和。
Q=E2-E1+A热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。
热力学第一定律w正负
热力学第一定律w正负
热力学第一定律是能量守恒原理的表述。
它指出，一个系统的内能变化等于从系统中传入的热量加上对系统做功的能量。
当一个系统从初始状态变为最终状态，其内能变化等于从系统中传入的热量减去对系统做功的能量。
这个式子可以用以下公式表示：
ΔU = Q - W
其中，ΔU表示系统内能变化，Q表示从系统中传入的热量，W
表示对系统做功的能量。
Q和W分别被定义为正值或负值，取决于它们的方向。
在讨论热力学第一定律的正负时，我们需要考虑热量和功的正负以及内能的变化方向。
当Q和W都为正数时，热量从外部进入系统，对系统做功的能量也为正数。
此时，系统的内能增加，即ΔU为正数。
相反，当Q和W都为负数时，热量从系统中流出，对系统做功的能量也为负数。
此时，系统的内能减少，即ΔU为负数。
当Q为正数，W为负数时，热量从外部进入系统，系统对外做负功。
这种情况下，系统的内能变化的正负取决于Q和W的大小关系。
如果Q的绝对值大于W的绝对值，那么ΔU为正数；如果W的绝对值大于Q的绝对值，那么ΔU为负数。
当Q为负数，W为正数时，热量从系统中流出，系统对外做正功。
这种情况下，系统的内能变化的正负也取决于Q和W的大小关系。
如果W的绝对值大于Q的绝对值，那么ΔU为正数；如果Q的绝对值大于W的绝对值，那么ΔU为负数。
总之，热力学第一定律w正负的问题需要考虑热量和功的正负以及内能的变化方向。
只有综合考虑这些因素，才能正确地判断系统内能变化的正负。
这个问题在热力学的许多应用中都是非常重要的，因此值得我们深入理解和掌握。
化学热力学第一定律与函数
准确性和可靠性。
谢谢聆听
指导实践
在实际的化学工程和工艺设计中，化学热力学第一定律与函数的应用可以指导我们优化反应过程 ，提高产物的质量和产量。
推动学科发展
化学热力学第一定律与函数的研究对于推动化学学科的发展具有重要意义，为新材料的开发、新 能源的利用等提供了理论基础。
对未来研究的展望
01
深入研究机理
尽管我们已经对化学热力学第一定律与函数有了一定的了解，但是仍有
利用热力学函数计算化学反应的平衡常数，有助于了解反应的
平衡状态。
反应自发性的判断
03
利用热力学函数判断化学反应的自发性，有助于了解反应的方
向和趋势。
化学热力学第一定律与函数的
03
实例分析
燃烧反应的实例
燃烧反应是化学热力学中常 见的一类反应，其特点是放 热且伴随着化学键的断裂和
重组。
在燃烧过程中，燃料与氧气 发生反应，释放出能量，同 时生成二氧化碳和水等产物
电解反应的化学热力学第一定律表 达式为：ΔU = Q - W，其中ΔU表 示系统内能的改变，Q表示系统吸 收或释放的热量，W表示系统对外 界所做的功。
相变反应的实例
01
相变反应是指物质从一种相态转变为另一种相态的过程 ，如气化、凝固、融化等。
02
在相变过程中，物质吸收或释放热量以完成相态的转变 。
节能减排的实现
根据化学热力学第一定律，可以研究化工生产过程中的能量损失，提出节能减排的措施。例如，通过改进换热器 设计，减少热量损失，降低能耗。
环境治理与保护
污染物治理
利用化学热力学第一定律，可以研究污染物 治理过程中的能量变化，提出更有效的治理 方法。例如，利用热力学原理对工业废水进 行处理，降低废水中的有害物质含量。
03第一定律
B 2 v
Q1A2 50kJ
U 2 U1 10kJ
W2 B1 5kJ
解:
W1A2 Q1A2 (U 2 U1 ) 50 10 40kJ
是膨胀过程
p
1
dU 0
Q W
W W
v
A
B 2
1A2
W2 B1 40 5 35kJ
可逆过程 积分形式
q dh vdp
q h2 h1 ( vdp )
1 2
第五节 稳定流动能量方程的应用
开口系统的典型设备:
1.换热器：如锅炉、冷凝器等
2.喷管和扩压管
3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机
4.消耗功的装置：如泵、压缩机 5.节流装置：如膨胀阀
1 2 2 q h2 h1 ( wg 2 wg ) g ( z2 z1 ) ws 1 2
示热图
标志
dv﹥0 膨胀功 dv =0 无功 dv﹤0 压缩功
示功图
1.熵是状态参数，是尺度量。 四、熵的性质 p 可 1 T q 逆 2 过 图示 ｐ 程 1 2 2 q中 2.T-s（温-熵）图上可逆过程曲 Td？ w pdv 容 ｖ 1 ？ 线下的面积等于过程热量。 积 图 v 上 功 3.熵产是过程不可逆性的度 2 可逆过程 *强调：1. p v 图上曲线下面的面积代表容积功 的 在 w pdv 量。 1 表 ds>0 吸热 2. dv 0 有 w 0 w 称为膨胀功 称为膨胀功 示 可逆的绝热过程为等熵过程
Q U pdV
1 2
q u pdv
1
2
任意工质、可逆过程
q du pdv
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系统
T1
T 1+ △T
T1+2△T
T1+3△T
T2
保持系统与外界无穷小温差， 每一无穷小传热过程为等温过程,
过程“无限缓慢”即可看成准静态传热过程. 10
三.热力学第一定律
对于任一过程
Q E + A 符号规定: Q > 0 系统吸热. E > 0 系统内能增加. A > 0 系统对外界作正功. 另一叙述：第一类永动机（ = A/Q > 1 ） 是不可能制成的. 对于任一元过程
V1 V1
V2
V2
RT ln( V2 / V1 )
6 ｐ－ｖ图上过程曲线下的面积即功Ｗ的大小 .
(2)间接计算法 （由相关规律）
(a)由热力学第一定律
Ｑ＝E＋A
→A
通过作功改变系统的热力学状态的微观实质： 分子有规则运动的能量
分子无规则运动的能量
p(105N.m-2) b 3
2 1 0
(b)由准静态过程的示功图
一.热力学系统从一个状态 变化到另一个状态 ,称 为热力学过程.
原平衡态
非平衡态
新平衡态
热力学中研究过程时，为了在理论上能利用系 统处于平衡态时的性质,引入准静态过程的概念.
二.准静态过程: 1.在过程中的任意时刻,系统都无限的接近平衡 状态,准静态过程是由无数个平衡态组成的过程. 2.准静态过程是实际过程的理想化模型. 3 (无限缓慢)有理论意义,也有实际意义.
例:已知系统经过某过程的过程
a
c
曲线是一条如图所示的半圆弧, 试求此过程中系统所作的功。
e
1
2
3
d v(10-3m3)
7
§3.3 内能、热量、 热力学第一定律
一.内能
微观上,热力学系统的内能是指其分子无规则运动 的能量(应含分子动能、分子间的势能)的总和. 内能是状态量 对于一定质量的某种气体: 内能一般 E = E(T,V 或P)。 一定质量的理想气体：E = E(T). 刚性理想气体公式； E = (i/2)RT, ( i:自由度 , :摩尔数 )
热
力
学
1
(Thermodynamics)
热学（二)
第三章
热力学第一定律
准静态过程 功、热量、内能 热力学第一定律(Δ) 热容量 理想气体的绝热过程 循环过程和热机(Δ) 卡诺循环和卡诺热机(Δ) 致冷机
2
§3.1 准静态过程（quasi-static process）
4
§ 3.2 功(work)
通过作功可以改变系统的热力学状态. 机械功(摩擦功、体积功);电功等
一功的计算 (准静态过程,体积功)：
(1)直接计算法（由定义） （为简单起见忽略摩擦） 气体对外界作功
A Fdl PSdl
1 1
2
2
A PdV
V1
V2
5
注意: 若 A > 0 系统对外界作功.
Cm
1 dQ
dT
单位:J/mol•K
一般C与温度有关，也与过程有关，可以测量。
对于理想气体的等容过程, dA 0 i dQ dE RdT 2 i C v.m R 1 dQ i 2 CV . m R dT 2
E E 2 - E 1 CV.m dT
若 A < 0 外界对系统作功. 功是过程量, dA只表示微量功，不是数学 V2 V2 上的全微分； 右边积分还 A PdV dA 与经历什么过程有关。
V1
V1
例.摩尔理想气体从状态1状态2，设经历等温过程。 求气体对外所作的功。
解
A PdV (RT / V )dV
p
c
o a
b
d v
(3)若状态d与状态a内能之差为40cal,试求沿ad及 db各自吸收的热量是多少?
12
p c 解:
(1)∵Aacb=126J Qacb=80×4.18J=334.4J
b d
o
a
v
∴Eab=Qacb-Aacb=334.4-126=208.4J (2)∵Aba=-84J ∴Qba= Eba+Aba=-208.4-84=-292.4J (放热)
8
二.热量
传热也可改变系统的 热力学状态.
外界 系统
热量也是过程量. 也与过程有关。 传热的微观本质是： 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递.
dQ dQ
说明两个概念：
1.热库或热源(热容量无限大的物体,温度始终不变).
2.准静态传热过程(温差无限小)：9Biblioteka 系统T1T2
系统 （ T1 ）直接与 热源 （ T2 ）有限温差 热传导为非准静态过程
dQ dE + dA
热力学第一定律适用于 任何系统(气液固……) 的任何过程(非准静态过程也适用),
只要初、末态为平衡态.
11
热力学第一定律的应用
例:一系统由图中所示的状态a沿acb到达状态b, 有80cal热量传入系统,而系统做功126J. (1)若沿adb时系统作功42J, 问有多少热量传入系统? (2)当系统由状态b沿曲线ba 返回状态a时,外界对系统 作84J,试问系统是吸热还 是放热?热量传递是多少?
T1 T2
E C V.m T
14
注意：对于理想气体,公式 E = Cv T 不仅适用于等容过程，而且适用于任何过程。
如图，作一个辅助过（等容+等温） 连接始末两点 E辅 EV + ET EV CV.m T
二.等压摩尔热容量 对于等压过程, dQ=dE+dA = Cv.mdT+PdV 再由理想气体状态方程有 PdV=RdT dQ=CV.mdT+RdT =ν (CV.m+R)dT 于是C P.m =(1/)（dQ/dT）=(i/2)R+R 所以
3.准静态过程可以用 P-V图上的一条曲线 (过程曲线)来表示.
准静态过程的条件 弛豫时间 :由非平衡态到平衡态所需的时间.
准静态过程的条件: ( T )过程>>
例如，实际气缸的压缩过程可看作是准静态过程。 ( T )过程～0.1秒 ～=0.001秒
改变系统状态的方法：1.作功 2.传热
则 Qadb = Eab+Aadb=208.4+42=250.4J (3)∵Ead = 40×4.18J=167.2J ∴Qad= Ead+Aad=167.2+42=209.2J Qdb=Edb+Adb=Eab-Ead+Adb=208.4-167.2+0=41.2J
13
§3.4 热容量，热力学第一定律对理想气体的应用 一.等容摩尔热容量 摩尔热容量：一摩尔物质(温度T时)升高1度所吸收的热量,即