2-02热力学第一定律
热力学第一二定律
热力学第一二定律热力学是物理学的一个分支，研究能量的转化和能量之间的关系。
其中，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。
本文将详细介绍热力学第一定律和热力学第二定律的概念和应用。
热力学第一定律，又称能量守恒定律，表明能量在物理过程中的转化是守恒的。
简单来说，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律的数学表达式为：∆U = Q - W其中，∆U代表系统内能量的变化，Q代表从外界传递给系统的热量，W代表系统对外界做的功。
根据热力学第一定律，一个封闭系统的内能变化等于系统所吸收的热量减去系统所做的功。
热力学第一定律的一个重要应用是热机效率的计算。
根据热力学第一定律，热机工作时，吸收的热量用来产生功和增加系统内能。
热机效率定义为输出功与吸收热量的比值，数学表达式为：η = W/Qh其中，η代表热机效率，W代表输出功，Qh代表吸收的热量。
根据热力学第一定律和热机效率的定义，可以计算出热机的效率。
热力学第二定律是指自然界中热量只能从高温物体传递到低温物体的方向性规律。
热能不可能自发地从低温物体传递到高温物体，这是因为熵增加的原因。
熵是一个衡量系统无序程度的物理量，也可以理解为系统的混乱程度。
热力学第二定律可以用多种方式表达，常见的表达方式之一是克劳修斯表达式：ΔS ≥ Q/T其中，ΔS代表系统的熵变，Q代表系统吸收的热量，T代表系统的温度。
根据热力学第二定律，系统的熵在吸收热量的情况下只能增加或者不变，但绝不会减少。
热力学第二定律的应用之一是热力学循环的研究。
热力学循环是指热机、制冷机等设备在工作中所经历的一系列热量和功的转化过程。
根据热力学第二定律，热力学循环的效率不可能达到100%，存在一个理论上的极限值，即卡诺循环效率。
卡诺循环效率由热机工作温度的比值决定，只有在温度无限接近的情况下，热机的效率才能无限接近卡诺循环效率。
总结起来，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。
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。
02热力学第一定律
压缩机工作时，速率很快，来不及进行热交换
Q0
W U 2731J
3. 摩尔恒压热容与摩尔恒容热容的关系
C p ,m CV ,m
H m T U m T
T2 T1
U QV n CV ,mdT
2.4.2
应用——计算单纯pVT 过程的U 恒容过程：
U QV n CV ,mdT
T2 T1
非恒容过程： U QV n
T2
T1
CV ,mdT
（理想气体）
nCV ,m (T2 T1 )
2. 摩尔定压热容
C p ,m
•自由膨胀过程
∵pamb=0 • 恒容过程 dV＝0 W＝0 ∴W=0
热力学能U：系统内部储存的能量，是广度量的状态函数。
分子平动能 动能 分子转动能 系统总能量 势能 分子振动能 热力学能 分子间作用能 电子运动能 核运动能
符号规定： 若热力学能增加+，若热力学能减小U 的绝对值无法求，但U可求
T,p 2HCl(aq)+Zn(s) ZnCl 2 (aq)+H2 (g)
这是什么体系？界面在什么位置？
如果上述反应是在恒容、绝热，不透光、不导 电的容器中进行，它又是什么体系？
作业：以电解水为例确定界面使系统分别为隔离系统、 封闭系统、敞开系统
2. 状态与状态函数 （1）状态与状态函数 系统的性质：决定系统状态的物理量(如p,V,T,Cp,m)
系统的状态：热力学用系统所有的性质来描述它所处 的状态，当系统所有性质都有确定值时，则系统处于一 定的状态
物理化学讲义02 热力学第一定律
第二章 热力学第一定律一．基本要求1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。
2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的和的值。
3．了解为什么要定义焓，记住公式的适用条件。
4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，的计算。
5．掌握等压热与等容热之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握与之间的关系。
6．了解Hess定律的含义和应用，学会用Kirchhoff定律计算不同温度下的反应摩尔焓变。
二．把握学习要点的建议学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。
热力学第一定律解决了在恒定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一些基本概念。
这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。
例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。
功和热的计算一定要与变化的过程联系在一起。
譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨”是一个与过程联系的名词。
在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。
功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递的过程相联系。
在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。
传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变为另一种形式。
同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。
例如在不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所以。
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律
热力学基础知识热力学第一定律和第二定律热力学基础知识：热力学第一定律和第二定律热力学是物理学的一个重要分支，研究的是能量转化和能量传递规律。
在热力学中，有两个基本定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
这两个定律是热力学研究的基础，对我们理解自然界中的能量转化过程具有重要意义。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统内，能量既不能创造也不能毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
它可以用一个简单的公式来表示：△U = Q - W其中，△U表示系统内部能量的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据热力学第一定律，能量的转化是相互平衡的。
系统吸收的热量等于所做的功加上内部能量的变化，这一平衡关系保证了能量守恒的原理。
它告诉我们，能量不会凭空消失，也不会突然出现，而是在转化过程中得以保存。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的另一个重要定律，它研究的是能量转化的方向和过程中的不可逆性。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
1. 开尔文表述开尔文表述是基于热量不会自发地从低温物体转移到高温物体的原理，它给出了一个重要的结论：热量是自然界中不能自发转化为功的能量形式。
这一定律被称为热力学第二定律的开尔文表述。
2. 克劳修斯表述克劳修斯表述是基于热力学中的循环过程和热量无法从一个唯一的热源完全转化为功的原理。
克劳修斯表述给出了一个重要结论：不可能制造出一个热机，使之完全将吸收的热量转化为功，而不产生任何其他效果。
这一定律被称为热力学第二定律的克劳修斯表述。
热力学第二定律告诉我们，能量转化过程中总会产生一定的损失，而且损失不可逆。
这很好地解释了自然界中许多现象，如热量的自发流动、热机效率的限制等。
总结：热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，其中热力学第一定律和第二定律是基本定律。
热力学第一定律表明能量在系统中的转化是相互平衡的，能量守恒不变。
02 热力学第一定律
2–5 开口系统能量方程式
1 2 q h c f g z wi 2
1 2 微元 q dh dc f gdz wi 2
适用条件：任何流动工质、任何稳定流动过程 令 技术功
1 2 wt c g z wi 2
z1
CV
2
Wi
z2
能量守恒原则（热一律）：
进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统储存能量的增加
2–5 开口系统能量方程式
1 c f 1 , p1 , u1 , v1
Ein Eout ECV
进入： 离开：
Q
1
c f 2 , p2 , u2 , v2 2
dE1 p1dV1 Q dE2 p2dV2 Wi
第二章
实质
热力学第一定律
2-1 热力学第一定律的实质
能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
两种表述
1 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候， 他们之间的比值是一定的。 2 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必 定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应
量的热。
2-2 热力学能和总能
q 0, wt 0 h 0, h1 h2
绝热节流过程，前后 h 不变， 但 h 不是处处相等。 h1 h1
热力学解题思路总结
1、仔细审题，掌握已知条件，根据题意画出物理模型； 2、取好热力系统； 3、区分工质，根据工质性质的不同确定描述工质参数的方
法；
4、画热力学图，结合题意在热力学图上画出相应的状态点、
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；
物理化学-02章_热力学第一定律
温标：a）摄氏温标，以水为基准物，规定水的凝 固为零点，水的沸点与冰点间距离的1/100为1℃。
热力学第零定律
b）理想气体温标 以低压气体为基准物质，规定水 的三相点为273.16 K，温度计中低压气体的压强为P ，则恒容时，任意其它压力时的温度为
§2.0 热力学概论
热力学方法特点和局限性
• 热力学方法是一种演绎的方法，结合经验所 得的基本定律进行演绎推理，指明宏观对象的 性质、变化方向和限度。
• 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。
• 只考虑平衡问题，考虑变化前后的净结果， 但不考虑物质的微观结构和反应机理。
状态函数的特性可描述为： 异途同归，值变相等；
人的状态，变化，性质。
周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数的特性
（1）体系的状态确定，则状态函数也就确定了， 状态变化，状态函数也随着变化。
（2）状态函数的改变值只与始终态有关，与变 化途径无关。如果进行了一个微小的变化，可以 用数学的全微分表示状态函数的微小的变化：如 dp、dT。
（3）隔离体系（isolated system）
有时把体系和影响所及的环境一起作为孤立体
系来考虑。
大环境
无物质交换
孤立体系(2)
Siso Ssys Ssur
无能量交换
体系分类
若以体系中存在的物质种类或均匀的物质部分 数为分类依据，热力学体系还有：
单组分和多组分体系，如水和水溶液。
单相和复相体系/均相和多相体系， 体系中只 含一个均匀的物质部分称为单相体系，含有二个以 上均匀物质部分的体系称复相体系。如水和冰。
02第二章 热力学第一定律 重点和难点
系统内部储能增量: ΔECV
考虑到稳流特征： ΔECV=0 qm1=qm2=qm; 及h=u+pv 有
2 2 cf2 cf1 Q H 2 H1 qm qm g z2 z1 WS 2 2 1 2 q h2 h1 cf2 cf21 g z2 z1 ws 2
3)第一定律第二解析式 把wt的概念代入（B）式，可得第一定律第二解析式
1 2 q h2 h1 cf 2 cf21 g z2 z1 ws 2 ( B)
2
q h wt δq dh δwt
可逆 q h 1 vdp
δq dh vdp
几种功及相互之间的关系
名称 含义 说明
1）当系统可逆时δw＝pdv 2）膨胀功是简单可压缩系热变功的源泉 3）膨胀功往往对应闭口系所求的功 1）轴功是开口系所求的功 W 2) 当工质进出口间的动、位能差被忽略时， pdV Wt＝Ws此时开口系统所求的功也是技术功
2 1
体积变化 系统体积变化 功W 所完成的功
轴功Ws 流动功 Wf. 系统通过轴与 外界交换的功
开口系付诸于质 量迁移所作的功
流动功是进出口推动功之差， 即Wf=Δ(pV)=p2V2-p1V1
技术功Wt 技术上可资利 用的功
1)Wt与Ws的关系 Wt＝m Δ cf2/2+mg Δz+Ws 2) Wt与W，Wf的关系 Wt=W－Wf 3)当过程可逆时， δ W＝－Vdp，这也是动、 位能差不计时的最大轴功
2）技术功(technical work)—技术上可资利用的功 wt 1 2 wt ws cf g z 2 由（C）
q u wt p2v2 p1v1 (D)
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。
02-物理化学第二章 热力学第一定律
H
m
298
K
H1
H
2
r
H
m
298
K
298K
T
eCP,E fC P,F dT
T
298K gCP,G hCP,H dT
X = f（T，P）o=rf（T，V）… 双变量坐标
强度性质—— 与量n无关
整体 = 部分 （T、P）
广延性质—— 与量n成正比 整体 = ∑部分
强度量 = 广延量／广延量
本章任务：
计算能量变化：
状态函数 U、H + 过程量 Q、W 理想气体，纯物质的 U、H 性质
步骤： ㈠ 不需第一定律即能计算的Q和W ㈡ 第一定律及内能 ㈢ 用于计算过程热及焓 ㈣ 用于绝热功的计算
§2－1
热和功
过程量——计算时一定要看具体过程 2·1·1 热Q
显热的计算
用热容
QB n CB,mdT
利用手册中数据，只能计算恒压或恒容热
QP or V
n
C dT T2
T1
P or V ,m
2·1·2 功W
体积功的计算
2
W 1 PexdV
eg. 恒容过程 W = 0
等外压过程 Pex=constant
Ⅱ：192.5kPa
298.15K
352.15K
求：Q、W、△U、△H
解： Q=0
U n CV ,mdT
nCV ,m T2 T1 1.366kJ
H n CP,mdT
n CV ,m R T2 T1 1.814kJ
W U Q 1.366kJ
例2·5·2 1mol双原子理想气体于27℃， 101.325 kPa 状态下，受某恒定外压恒温 压缩到平衡，再由该状态恒容升温至 97 ℃，则压力升到 1013.25 kPa。求整个过 程的W、Q、 △U及△H。
工程热力学-02热力学第一定律
由可逆过程 δq du pdv， h u pv ，有 δq d(h-pv) pdv dh d( pv) pdv
即 δq dh vdp 可逆过程中热力学第一定律另一主要形式。
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
15
2-5 轴功
由稳定流动能量方程式，可得轴功与其他形式能量间的关系为：
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
10
2-3 开口系统能量方程式
质量守恒： dm δm1 δm2
dm
d
δm1
d
δm2
d
qm1 qm2
该式称为连续性方程式，它说明单位时间内开口系统中工质质 量增加的数量等于流入和流出系统的质量流量之差。
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
11
推动功: 在进出口边界上推动工质流入或流出系统所消耗的功量。
z1)
ws
2020年8月4日
第二章 热力学第一定律
14
焓 h u pv H U pV 状态参数
对1kg流动工质，其稳定状态稳定流动能量方程式:
q
(h2
h1)
1 2
(cf22
cf21)
g
(
z2
z1)
ws
• 焓并不能看作是工质储存的能量，可近似看成随工质 流动一起转移的能量。
• 热力学能是工质内部储存能量的唯一形式。
自然界中物质所具有的能量，既不能创造也不能消灭，而只能从一 种能量形态转换为另一种能量形态，转换中能量的总量守恒。
对任何系统，各项能量之间的平衡关系一般可表示为： 进入系统的能量 - 离开系统的能量 =系统储存能量的变化
热力学第一定律： 热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转
02 热力学第一定律-2(2学时2011材料)
华南师范大学物理化学研究所
第二章 热力学第一定律 U Q W
2.3 热力学第一定律
1. 热 2. 功 3. 热力学能 4. 热力学第一定律 5. 可逆过程
热和功
封闭体系的状态发生变化时,有两种与环境 交换能量的方式:
热（heat）；J（焦耳）
体系与环境之间因温差而传递的能量称为 热，用符号Q 表示。 Q的取号：
上述准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造成能量 的耗散，可看作是一种可逆过程。过程中的每一步都接 近于平衡态，可以向相反的方向进行，从始态到终态， 再从终态回到始态，体系和环境都能恢复原状。
可逆过程（reversible process）
可逆过程的特点：
（1）状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系 与环境始终无限接近于平衡态；
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到 的。上例无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可 近似看作为准静态过程。
可逆过程（reversible process）
体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之 后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态而未留 下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。 否则为不可逆过程。
种粒子之间的相互作用位能……等。(如没有特殊的外力场存在， 如电磁场、离心力场等，则只考虑热力学能）
（1）是状态函数，它的变化值决定于始态和终态， 与变化途径无关。
（2）其绝对值不可测量，只能计算它的变化值。
（3）是系统的广延性质，而摩尔热力学能是强度性质
Um
U n
U
单位
m
:
J mol1
（4）热力学能在数学上具有全微分的性质
V V1
V2
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
02章_热力学第一定律(小结)
C p BC p,m (B)
如在该温度区间内有物质发生相变，就要分段积分。
T2
T1
C p dT
19.绝热反应——非等温反应
燃烧和爆炸反应的最高温度
计算恒压燃烧反应最高火焰温度的依据是
Q p ΔH 0
。计算恒容爆炸反应的最高温度的依据是 QV ΔU 0 。
第二章 热力学第一定律△U =Q+W 1.各类过程Q、W 、△U 、 △H的计算
B
B H H
过程的焓变为:
H H H
摩尔相变焓为:
H H m n
H 比相变焓为 h m
几种相态间的互相转化关系如下: 气相 晶型 转变 (trs)
固相
固相
熔化(fus) 凝固
对于宏观过程：
pe dV
W pedV
环境的压力 pe
理想气体等温可逆过程
We
V1 nRT ln V2
自由膨胀pe=0,We=0; 恒容过程dV=0,We=0.
对于恒外压过程：
W pe V
pe const
相变化、化学变化 W=-pe(V2-V1)
若A(L)→A(G) W=-pVG=-nRT
f H m （物质，相态，温度）
稳定相态单质本身的标准摩尔生成焓为零。
r Hm
B f H m (B) B
17.标准摩尔燃烧焓
T,100kPa 1mol物质 B
氧气
完全燃烧反应 规定的燃烧产物
标准摩尔燃烧焓 c H m 燃烧产物规定 C H N S Cl CO2(g) H2O(l) N2(g) SO2(g) HCl(aq)
热学热力学第一定律和第二定律
热学热力学第一定律和第二定律在热学和热力学领域中，有两个重要的定律，即第一定律和第二定律。
这两个定律是基础性的原理，被广泛应用于能量转化和热力学系统的研究中。
本文将分别介绍热学热力学的第一定律和第二定律，并探讨它们的应用。
一、热学热力学第一定律热学热力学的第一定律，也被称为能量守恒原理，它表达了能量的守恒性质。
根据第一定律，能量在系统中的增加等于能量的输入减去能量的输出。
换句话说，能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
第一定律的数学表达式为：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。
如果ΔU为正值，代表系统内部能量增加；如果ΔU为负值，则代表系统内部能量减少。
根据第一定律，系统内的能量转化是通过热量和功的交换来实现的。
第一定律的应用非常广泛，可以用于解释许多物理和化学现象。
例如，在能量转化装置中，我们可以根据第一定律来计算输入和输出之间的能量差异，从而评估系统的能效。
此外，热力学中的一些重要概念，如内能、焓和熵，也是通过第一定律得出的。
二、热学热力学第二定律热学热力学的第二定律是关于热力学过程方向性的规律。
它指出自然界中存在一种趋势，即热量不能从低温物体传递到高温物体，除非外界做功。
这个原则被称为热力学第二定律。
第二定律有多种表达形式，其中最常见的表述是开尔文表述和克劳修斯表述。
开尔文表述简要地表达了热量自流向高温物体的趋势，而克劳修斯表述则通过热力学温标引入了熵的概念，更深入地解释了热力学第二定律。
根据热力学第二定律，热量无法完全转化为功，总是会有一部分热量以无法利用的形式散失。
这个过程被称为热力学不可逆过程。
热力学第二定律对于解释自然界中的许多现象非常重要，例如热机效率的限制、热传导的方向性以及自发反应的进行方向等等。
总结：热学和热力学的第一定律和第二定律是能量和热力学过程研究中的基础原理。
第一定律规定了能量在系统内部转化的性质，而第二定律则限制了热量的传递方式。
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】2-02热力学第一定律
结论: 当始, 终态确定的条件下, 不 同途径有不同大小的热量.
热是途径函数!
2功 系统与环境间除热量外的另一种能量交换形式 (由微观粒子的有序运动所引起的) 环境对系统作功取“ + ”, 反之取“ － ”
体积功(本节) 功
电功(电化学章) 非体积功
表面功(表面现象章)
dl F (环) = p (环) A
•又要马儿跑, 又要马儿不吃草是不可能的. •将欲取之, 必先与之. •天上不会掉下馅饼. •一份耕耘, 一份收获.
的热“量”(Q), 而不是象状态函数那样的始, 终态
之间的“增量” ( T =T2-T1, Q=Q2-Q1 );
• 一个微小途径对应微小热“量”(dQ), 同时对应
各状态函数的微小“增量”(如 dT, T2 = T1 + dT );
• 上述提醒对“功”同样有效！
我们拥有一个家 名字叫状态函数 兄弟姐妹都很多 但是没有功和热
式中U是状态函数, Q和W是途径函数. 当系统从状态1
变化到状态2, 不同途径Q和W的不同, 但Q + W却与途径无
关.
状态1 U1
QW Q W
状态2 U2 U = U2－U1
Q + W = Q + W = U
5. 热力学第一定律的其它叙述方式
第一类永动机是不能创造的. 内能是系统的状态函数.
…………
T
V
n
p
一定状态的系统 Cp
U
A
HS
G
WQ
H2 1mol, 0℃ 101325Pa
Q=0
Q = 1135J
恒温 热源 0℃
11m01oH3l2,25H0P2℃5a, 15m66o真3lP,空a0℃p环, =0
2-第二章 热力学第一定律
第1节 基本概念及热力学第一定律
截面积A p外
第2章
热源
气 体V
dL
dV = A · dL
图2-2 膨胀功示意图
W=F· dL=(F/A)(A · dL)= p环· dV p环<p，dV>0，膨胀，系统对外作功W<0 p环>p，dV<0，压缩，系统得到功W>0
W= - p环· dV
第 2章 第1节 基本概念及热力学第一定律
dp=0， W'=0 故W=－p(V2-V1)，Qp=H
第3节 热力学第一定律在理想气体pVT
过程中的应用
2.3.4 理想气体绝热过程 理想气体 W´=0，Q=0 理想气体
CV，m= QV，m/dT=(Um/T)V
单位：J•K-1•mol-1 CV,m与QV、 U的关系：
QV U n CV,mdT
T1 T2
（等容且W ＝0）
第2章
第2节 等容热、等压热、焓及摩尔热容 等压摩尔热容：
等压摩尔热容：１mol 物质在等压、非体积功为零 条件下，仅因温度升高 1K 所需的显热。
QV dU
QV U
等容Wˊ= 0条件下QV等于ΔU，在此条件下，QV也只取 决于系统的始、终态，而与变化的途径无关。
第2章
第2节 等容热、等压热、焓及摩尔热容
2.2.2 等压热和焓
等压热(heat at constant pressure)：等压且非体积功为零时，
系统与环境交换的热称作等压热，用Qp表示。等压过程始、 终态及环境的压力相等，由热力学第一定律:
δQp = dU + p外dV
可得： Qp = ΔU + p外ΔV = (U2-U1)+(p2 V2- p1 V1)
02第二章 热力学第一定律
LY
J Z _ O A ZH J Z _ O A ZH
A与B热平衡
U N
§2.1.3 热力学方法的局限性
热力学方法是一种演绎的方法，研究对象为大 均行为，不适用于个别分子的行为。
数量分子的集合体，结论具有统计意义，只反映平
不考虑物质的微观结构和反应进行的机理。 “知其然不知其所以然”
Y L
J Z _ O A ZH
第零定律和第三定律的提出，使得热力学理论更加严密。
第零定律：热平衡的互通性，并为温度建立了严格的科学定义。 第一定律：计算变化中的热效应。 第二定律：解决变化的方向及限度，以及相平衡和化学平衡问题。 第三定律：低温定律，阐明了规定熵的数值
LY
用热力学基本原理来研究化学现象以及与化学有关的 物理现象，称为化学热力学。
We.2 pe V pe (V2 V1 )
⑶. 多次等外压膨胀，设为2步
We.3 p V1 pe V2
We Fe dl Fe dl cos
F Fe dl e Adl pe dV A
⑴. 自由膨胀
p1V2
V2
p
p1
p1V1
J Z
p2
V
p
V1
U N
p2V2
V2 V
§2.5.3 可逆过程(reversible process)
某一系统经某一过程，由状态(1)变到状态(2)之后， 如果能使系统和环境都完全复原，即不留校任何痕迹， 这样的过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。(p78)
⑴. We.4和W'e,3：可逆过程；
Y L
强度因素的大小决定了能量的传递方向，而广度因素变化 量则决定了功值的大小。通常系统抵抗外力所作的功可以 表示为：
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§2-2 热力学第一定律
1、热力学第一定律的数学式
1. 第一定律的数学式
对于隔离系统的能量永恒不变.
U = 0 (孤立系统）
对于封闭系统
在极微小过程中：
U Q W
dU = δQ + δW (系统状态变化无限小)
当系统从状态1变化到状态2, 不同途径的 Q、W不同, U1 状态1 Q1 W1 ≠ ≠ 但 Q + W却相同. U2 状态2 Q1 + W1= Q2 + W2 = U U = U2 - U1
0=
0≠
几种常见的低级错误:
dU
dT
dQ dW
• 不区分 d 和 δ两种符号的使用
• 将 Q 和 W 误写成 Q 和 W
Q = 50J Q = 50J
δQ δW
W = 50J W = 50J
• 将有限量和无限小量混写, 如 W = -p(环) dV
δQ = 50J 3. 热力学第一定律的其它叙述方式 • 第一类永动机是不可能制成的。 • 内能是系统的状态函数。 • 隔离系统中发生任何变化，其内能不变。
Q2 W2
从总体上讲，可将系统与环境看作一个大的隔离系统 U（总） = U（系统） + U （环境）= 0
2. 焦耳实验
Байду номын сангаас
——理想气体向真空膨胀
实验结果: 气体膨胀前后, 水浴温度未变. 结果分析: 水温T 不变, Q＝0;
自由膨胀, 外压为零，W＝0;
W p环 d V
由U ＝Q ＋W 得 U＝0. =0 nB一定时 p p U＝ f ( T、V )： dU U / T V dT U / V T dV ＝0 p p
U U U U 0 及 0 , 0, 及 p p 0 V T V T T T（理想气体、恒温、纯pVT变化）
结论:单纯 pVT 变化时理想气体的热力学能 U 只是温度的函数. U＝ f ( T ) (理想气体单纯 pVT 变化) 理想气体只有“内动 能”！
3. 其它说法