3.热力学第一定律
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)
热力学第一定律总结
热力学第一定律总结热力学第一定律是热力学中非常重要的基本定律之一，通常也被称为能量守恒定律。
它规定了一个物体或系统的能量不会凭空消失或产生，而是在各种形式之间转化。
这个定律提供了热力学研究的基础，并与我们日常生活中的能量转换问题密切相关。
热力学第一定律的表达形式可以归纳为以下几种：1. 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表示系统对外界做功。
这个等式表示了能量守恒的关系，也可以理解为“能量的增加等于吸收的热量减去对外界做的功”。
2. ΔU = Q + W在有些文献中，也会将上述等式稍微改写为ΔU = Q + W。
这种表述形式更强调了热力学第一定律中能量转换的双向性，即系统既可以吸收热量又可以释放热量，既可以对外界做功又可以接受外界对其做功。
热力学第一定律的应用范围非常广泛，下面将从几个不同的角度对其进行探讨：1. 能量守恒热力学第一定律表明了系统内部能量的守恒性质，即系统能量的增加等于吸收的热量减去对外界做的功。
根据这个定律，我们可以研究能量在不同形式之间的转化和传递，例如热能转化为机械能、化学能转化为热能等等。
这对于能源利用和能量转换的优化具有重要意义。
2. 热机和循环过程热力学第一定律为研究热机和循环过程提供了理论基础。
热机是将热能转化为机械能的装置，例如蒸汽机、汽车发动机等。
根据热力学第一定律，我们可以分析和计算热机的效率，进而设计更加高效的热机。
循环过程是指在一定压力下物质的定量循环往复过程，例如卡诺循环。
热力学第一定律可以帮助我们深入了解不同循环过程中能量的转换规律。
3. 热传导和传热过程热力学第一定律也与传热过程密不可分。
传热是指物体之间由于温度差而发生的热量传递现象，包括热传导、对流传热和辐射传热。
根据热力学第一定律，我们可以分析和计算热传导过程中的能量损失或增益，为保温设计和能量利用提供依据。
总之，热力学第一定律是热力学研究的基本定律，表明能量在不同形式之间的转换和传递是有一定规律的。
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律和第二定律热力学第一定律1. 内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体做的功W，与物体从外界吸收的热量Q之和,等于物体的内能的增加量2. 数学表达式：W+Q=ΔU(1)Q取决于温度变化：温度升高，Q>0;温度降低，Q<0.(2)W取决于体积变化：V增大时，气体对外做功，W<0;V减小时，外界对气体做功，W>0.(3)特例：如果气体向真空扩散，那么W=0.(4)绝热过程Q=0，关键词是“绝热材料”或“变化迅速”。
3. 热力学第1定律的理解(1)做功改变物体的内能：外界对物体做功，物体内能增加;物体对外做功，物体内能减少。
在绝热过程，物体做多少功，改变多少内能。
(2)热传递改变物体的内能：外界向物体传递热量，即物体吸热，物体的内能增加;物体向外界传递热量，即物体放热，物体的内能减少。
传递多少热量，内能就改变多少。
(3)做功和热传递的实质，做功改变内能是能量的变化，用功的数值来度量;热传递改变内能是能量的转移，用热量来度量。
热力学第二定律1.热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
2.补充说明：(1)“自发地”过程就是不受外界干扰的条件下进行的自然过程;(2)热量可以自发地从高温物体向低温物体传递，却不能自发的从低温物体传向高温物体;(2)热力学第二定律的能量守恒表达式：ds≥δQ/T(3)热量可以从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。
3.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
3热力学第一定律3
体系所作的功如阴影面积所示。
3.多次等外压膨胀
p'
p2
p1
V'
V2
V1
p'
V1
V' V"
V' V"
p"
p p1
p1V1
阴影面积代表We,3
p 'VW = - p '(V '- V ) e,3 1
p'
p2 (V2 V ')
p2
V1
V'
- p (V - V ) ' - p1 (V1 - V )
整个过程所作的功为三步加和。
'
'
"
3.可逆压缩
水
如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚， 使压力缓慢增加，恢复到原状，所作的功为：
p2
始 态
pe pi dp
V2
p
p1
p1
V1
终 态
p1V1
' 阴影面积代表We,3
p2 V1
p2V2
V V
3.可逆压缩 如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓 慢增加，恢复到原状，所作的功为：
三、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。 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。
什么是热力学第一定律
什么是热力学第一定律？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。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。
热力学第一定律可以通过以下几个方面来解释：1. 能量守恒：热力学第一定律表明，在一个封闭的系统中，能量不能被创建或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。
系统的总能量保持不变。
2. 内能：内能是物质系统中分子和原子的热运动能量的总和。
热力学第一定律描述了内能的转化和守恒。
当一个物质系统发生能量转移时，其内能会发生相应的变化。
3. 热量和功：热力学第一定律将能量转移分为两种方式：热量和功。
热量是由于温度差异而传递的能量，而功是通过外界对系统施加的力来进行的能量转移。
4. 系统的能量平衡方程：热力学第一定律可以用一个能量平衡方程来表示。
根据这个方程，系统的内能变化等于系统所接收的热量减去系统所做的功。
热力学第一定律的应用：热力学第一定律在许多领域有广泛的应用，包括工程、化学、天文学等。
以下是一些应用示例：1. 热效率：热力学第一定律可用于计算热机的热效率。
热机是将热能转化为机械能的设备，如汽车发动机和蒸汽轮机。
根据第一定律，热机的热效率定义为所产生的功与所吸收的热量之比。
2. 化学反应：热力学第一定律可以用于研究化学反应的能量变化。
化学反应中的能量变化可以通过测量反应的热效应来获得，例如焓变。
3. 热力学循环：热力学第一定律对于分析和设计热力学循环非常重要。
热力学循环是一种将热能转化为功的过程，如蒸汽动力循环和制冷循环。
根据第一定律，循环过程中的能量转移必须满足能量守恒。
4. 天体物理学：热力学第一定律在天体物理学中也有重要的应用。
它可以用于研究星体的能量转移和恒星的能量产生。
通过分析恒星的内部能量转化过程，我们可以了解恒星的演化和能量平衡。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒的基本原理。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。
热力学第一定律在能量转移、热效率、化学反应、热力学循环和天体物理学等领域具有重要的应用价值。
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
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。
热力学第一定律的表达式
热力学第一定律的表达式热力学第一定律的表达式：ΔE=W+Q。
在热力学中，热力学第一定律通常表述为：热能和机械能在转化时，总能量保持不变。
其数学表达式为ΔE=W+Q，其中ΔE表示系统内能的改变，W表示系统对外所做的功，Q表示系统从外界吸收的热量。
这个定律表明，能量的转化和守恒定律是自然界的基本定律之一，它适用于任何与外界没有能量交换的孤立系统。
换句话说，在一个封闭系统中，能量的总量是恒定的，改变的只是能量的形式。
因此，热力学第一定律是能量守恒定律在热现象领域中的应用。
另外，对于一个封闭系统，如果系统内部没有发生化学反应或相变等过程，那么系统对外做的功等于系统从外界吸收的热量。
这是因为系统内能的改变量等于系统对外做的功和系统从外界吸收的热量之和。
值得注意的是，热力学第一定律也适用于非平衡态系统。
即使系统处于非平衡态，热力学第一定律仍然适用。
因此，它不仅是热力学的基石之一，也是整个物理学的基石之一。
为了更好地理解热力学第一定律，我们可以考虑一些具体的应用场景。
例如，在汽车发动机中，汽油燃烧产生的热能转化为汽车的动能和废气中的内能。
在这个过程中，系统内能的改变量等于系统对外做的功和系统从外界吸收的热量之和。
因此，根据热力学第一定律，我们可以计算出汽车发动机的效率，从而评估其能源利用效果。
此外，热力学第一定律还可以应用于电学、化学等领域。
例如，在电学中，当电流通过电阻时会产生热量，根据热力学第一定律可以计算出电阻产生的热量。
在化学中，反应热的计算也可以根据热力学第一定律来进行。
以下是一些具体例子，说明热力学第一定律的应用：1. 热电站：在热电站中，燃料燃烧产生的热能转化为蒸汽的机械能，再转化为电能。
根据热力学第一定律，热能被转化为机械能和电能，而总能量保持不变。
通过计算输入和输出的能量，我们可以评估热电站的效率。
2. 制冷机：制冷机是一种将热量从低温处转移到高温处的设备。
在制冷过程中，制冷剂在蒸发器中吸收热量并转化为气态，然后通过压缩机和冷凝器将热量释放到高温处。
第三章 热力学第一定律
Q=
p1 p1 A = pV1 ln p = p2V2 ln p 1 2 2
4. 绝热过程
1)理想气体准静态绝热过程 ) 由 特征: 特征:
Q=0
pV =ν RT
取全微分
pdV +Vdp =ν RdT ( ) 1
由热力学第一定律
) ν dA = pdV= dE= CV ,mdT (2)
Q > 0 系统从外界吸热; 系统从外界吸热;
系统内能增加; E > 0 系统内能增加; 系统对外界做功; A > 0 系统对外界做功; 微分形式 dQ = dE + dA
Q < 0 系统向外界放热; 系统向外界放热;
系统内能减少; E < 0 系统内能减少; 外界对系统做功. A < 0 外界对系统做功.
C= mc
m
4.定体摩尔热容C 4.定体摩尔热容CV,m 定体摩尔热容
C =νCm 单位:J/mol 单位:J/mol
K
一摩尔气体在体积不变时,温度改变1 时所吸收或放出的热量. 一摩尔气体在体积不变时,温度改变1K 时所吸收或放出的热量.
1 dQ 1 dE 1 d i )V = = ( νRT) = i R CV,m = = ( ν dT ν dT 2 2 ν ν dT
第三章 热力学第一定律
§ 3.1 准静态过程 § 3.2 功,热,内能 § 3.3 热力学第一定律 § 3.4 热容量 § 3.5 理想气体的绝热过程 § 3.6 循环过程 § 3.7 卡诺循环 § 3.8 致冷机 从能量角度出发, 从能量角度出发,分析研究热力学系统状态变化 时有关热功转换的关系和条件. 时有关热功转换的关系和条件.
p↓
热力学第一定律及其思考
热力学第一定律及其思考热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的原理之一、它表达了能量在物体间的转化与传递过程中的守恒关系。
热力学第一定律通过对系统的能量进行计量和分析，揭示了能量的转化过程中存在的一些基本规律和限制条件，为热力学研究奠定了基础。
ΔU=Q-W其中，ΔU代表系统内部能量的变化，Q代表系统从外界吸收的热量，W代表系统对外界做的功。
1.能量守恒：热力学第一定律表明，能量在系统内外之间的转化和传递是守恒的。
在一个封闭的系统中，能量可以从一个形式转化为另一个形式，但其总量保持不变。
例如，当一个物体吸收了一定量的热量时，它的内能会增加；而当物体对外界做功时，它的内能会减少。
这种能量的转化和变化是相互关联的，且总能量守恒。
2.能量传递与转化：热力学第一定律表明，能量由高温物体传递给低温物体的过程中，总是伴随着一定量的热量传递和对外界做的功。
热量传递是通过热传导、对流和辐射等方式进行的，而对外界做的功则是通过物体对外部施加一定力的过程实现的。
这种能量的传递和转化使得物体的内能发生变化，从而影响其宏观性质。
1.能量转化的效率：根据热力学第一定律，能量的转化总是会伴随有一些能量的损失或浪费。
例如，热机的效率就是指输入的热量与输出的功之比，而这个比值永远小于1、这表明在实际的能量转化过程中，总是会有一部分能量以热量的形式散失，无法转化为有用的功。
因此，在热力学的分析和应用中，我们需要考虑如何提高能量转化的效率，以减少能源的浪费和环境污染。
2.能量平衡与系统稳定：热力学第一定律也可以作为一个宏观系统的能量平衡方程。
通过分析能量的输入、输出和转化过程，可以评估系统的稳定性。
当能量输入和输出相等时，系统达到了平衡状态；而当能量输入和输出不平衡时，系统就会发生变化和调整，以寻求新的平衡状态。
通过理解和应用热力学第一定律，可以帮助我们研究和控制宏观系统的能量平衡，从而实现系统的稳定和优化。
3.能量与环境：能量的转化和传递过程不仅影响着物体的性质和行为，也与环境之间存在着密切的关系。
热力学第一定律
P2V2
ln
V2 V1
7
又 ∵ 等温过程有
V2 P1 V1 P2
有
AT
P1V1 M
ln P1 P2 RT
ln
P2V2 P1
ln
P1 P2
M mol
P2
（３）强调QT=AT
即在等温过程中，系统的热交换不能直接计算，但可用等 温过程中的功值AT来间接计算。
8
※三种过程中气体做的功
等体过程
（１）特征：dT=0， ∴dE=0 热一律为 QT=AT
在等温过程中，理想气体所吸收 的热量全部转化为对外界做功，系 统内能保持不变。
（２）等温过程的功
PI
P1
P2
o
V1
II
V2 V
∵T=C（常数），
P RT 1
V
dAT PdV
AT
V2 RTdV RT ln V2
V V1
V1
P1V1
ln
V2 V1
T1)
M M mol R(T2 T1)
5
C p
C V
R i2R 2
──此即迈耶公式
（３）比热容比：
定义
Cp
Cv
i 2
RR iR
i2 i
2
对理想气体刚性分子有：
单原子分子:
双原子分子:
5 3 7 5
1.67 1.4
*： 经典理论的缺陷
多原子分子:
8 6
1.33
6
3、等温过程
1
符号规定
Q
吸热为正, 放热为负.
系统对外做功为正, A 外界对系统做功为负.
各物理量的单位统一用国际单位制。
3.热力学第一定律----能量守恒定律
高中物理选修3-3课件
• 【特别提醒】(1) 应用热力学第一定律时要 明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热 力学系统． • (2) 应用热力学第一定律计算时，要依照符 号法则代入数据．对结果的正、负也同样 依照规则来解释其意义．
高中物理选修3-3课件
•
•
•
• •
一定量的气体在某一过程中，外界 对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了 1.2×105 J，则下列各式中正确的是( ) A ． W ＝ 8×104 J ， ΔU ＝ 1.2×105 J ， Q ＝ 4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－ 2×105 J C ． W ＝－ 8×104 J ， ΔU ＝ 1.2×105 J ， Q ＝ 2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝ －4×104 J
高中物理选修3-3课件
• 二、能量守恒定律的理解 • 1．能量的存在形式及相互转化 • 各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能， 分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、 原子能等． • 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例 如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃 烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升 高，机械能转化为内能． • 2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的， 例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功； 而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象 都遵守的基本规律．
•
•
• • •
下列对能量的转化和守恒定律的认识 不正确的是( ) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式 能量的增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的 能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的 机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说 明机械能消失了
热力学第一定律 摩尔热容
热力学第一定律摩尔热容21()Q U U A U A =-+=∆+则有： — 热力学第一定律A QU 1U 2一、热力学第一定律热力学第一定律的实质就是包含热现象在内的能量守恒定律。
具有普适性，适用于一切系统，对固、液、气都成立；适用于一切过程，包括非平衡过程。
热力学第一定律是1942年迈耶提出来的，表明：系统从外界吸收的热量一部分用来增加自身的热力学能（内能），一部分用来对外界做功。
系统从状态1变化到状态2，内能从U1变为U2，对外作功A ，同时从外界吸收热量Q（1）定律中的热量、功和热力学能增量都是代数量，可正可负Q > 0 系统吸热 说明:规定：A > 0 表示系统对外正作功A<0 系统对外界作负功（或外界对系统做正功）Q <0 系统放热系统热力学能增加 系统热力学能减少0<U ∆0>U ∆（2）对任意元过程有： d d d Q U A=+V∆U= 0pA = QQ“第一类永动机” 不可能制成（3）循环过程：系统对外界所做的净功等于它从外界吸收的净热量第一类永动机：不用吸热就可以对外做功的机械循环过程：如果系统经过一系列变化又回到初始状态，这样的过程叫作循环过程。
是微小量，不是全微分，以示区别加横短线 d d Q A ，第一定律也可表述为：系统经过循环过程要做功而不吸热是 不可能的。
故放出热量为600J例：某一定量气体由状态a 沿路径m 变化到状态b ，吸热800J ，对外作功500J ，问气体内能改变了多少?如果气体沿路径n 由状态b 回到状态a ，外界对气体作功300J ，问气体放出多少热量?a b P VO m n bV aV对于路径n 有 = -300-300= -600J800500300b a amb amb U U U Q A J J J ∆=-=-=-=解： bna bna a b bnaQ U A U U A '=∆+=-+二、 气体的摩尔热容量比热： 单位质量物质温度升高 所吸收的热量，用 表示 K 1c 摩尔热容量：物质温度升高1度所吸收的热量，用 表示mol 1C cM TM QM T M M Q TQC mol mol mol====∆∆∆ν等体过程：2V mQ i C R T ν==∆，——定体摩尔热容量2iQ U R Tν=∆=∆,m V V Q C T ν=∆等体过程吸热：等压过程： ,22P mQ i C R T ν+==∆ ——定压摩尔热容量)(212T T R iU -=ν∆212121()()VV A PdV P V V R T T ν==-=-⎰212()2i Q U A R T T ν+=∆+=-等压过程吸热： ,m P P Q C Tν=∆,,P mV m C C R=+使 理想气体温度升高 经过等压过程比等体过程多吸收的热量，这一部分热量转化成等压过程气体对外界的功了 K 18.31R J =mol 1,2V mi C R =,22P m i C R+=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====)(33.168)(40.157)(67.135多双单 m m222p V i R RC i i C i Rγ++===，，比热容比：将表所列气体的热容量和γ值的理论值与实验值对比，可以看出单原子、双原子分子气体二者符合较好，而对于多原子分子气体二者有较大差别。
3-热力学第一定律137
或
e=u
第3章 热力学第一定律
3.2 迁移能
3.2 迁移能 能量从一个物体传递到另一个物体可有两种方式：一种是作功， 另一种是传热。功量和热量都是传递过程中能量的度量，是过程量， 称为迁移能。迁移能是伴随着热力过程而出现的能量。如果说储存 于热力系统的能量可以用储存能表达，这部分能量是与热力系统的 状态有关，那么热力系统和外界交换的能量就用迁移能表达，这部 分能量则与热力过程有关。 热力系统与外界进行能量交换的途径有三种： a.功量(W)交换; b.热量(Q)交换; c.质量交换(m)。 a.功量(W)交换; b.热量(Q)交换; c.质量交换(m)。
第3 章
热力学第一定律
3.3 热力系统能量方程
3.3.3 开口系统能量方程
δ Q = dEc ,v + (u2 + p2 v2 +
(u1 + p1v1 + c21 f 2
c2 2 f 2
+ gz2 )δ m2
+ gz1 )δ m1 + δ Ws
比焓
定义焓: 定义焓: 总焓 H = U + pV 得应用于开口系统的能量方程
第3 章
热力学第一定律
3.3.1 一般热力系统的能量方程
1)一般热力系统的能量分析模型 1)一般热力系统的能量分析模型
e1δ m1
e2δ m2
δQ
dEc,v
δ Wtot
dEc,v─ 控制体内工质 δτ 内储存能的变化。 内储存能的变化。
2)一般热力系统的能量方程的建立 2)一般热力系统的能量方程的建立
c2 2 c 21 f f 或 Q = h2 + 2 + gz2 m h1 + 2 + gz1 m + Ws 通常将其整理成如下形式, 通常将其整理成如下形式,并称其为稳定流动能量方程。 c 2 2 c 21 f f Q = ( H 2 H1 ) + m + ( z2 z1 ) gm + Ws 2 c 2 2 c 21 f f + g z + ws 1kg质量工质 1kg质量工质 q = h + 2
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。
热力学第一定律总结
热力学第一定律总结热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学的基础原理之一。
它描述了能量守恒的原理以及能量在热力学系统中的转化。
在研究能量流动和转化过程中，热力学第一定律起着重要的作用。
下面我们将就热力学第一定律进行一些总结和探讨。
1. 能量守恒的基本原理热力学第一定律表明了能量的守恒原理，即能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在一个孤立系统中，能量的总量是恒定的。
这意味着能量可以在不同的形式之间转化，但总能量量不变。
2. 热力学系统的能量转化热力学第一定律描述了能量在热力学系统中的转化。
在一个封闭系统中，能量可以以各种形式存在，其中包括内能、机械能、热能等。
热力学第一定律指出了能量的转化关系，即能量的增加或减少必然意味着其他形式能量的增加或减少。
3. 内能的变化和热量传递内能是热力学系统中能量的一种形式，它包括了系统的热能和势能。
根据热力学第一定律，内能的变化等于吸收的热量减去系统所做的功。
这表示内能的改变可以通过热量的传递和功的产生来实现。
例如，当一个物体吸收热量时，它的内能增加；而当一个物体做功时，它的内能减少。
4. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多领域具有广泛的应用。
在工程和能源领域，热力学第一定律被用来研究热力设备（如锅炉、热交换器等）的能量转化效率。
它也被应用于研究化学反应中的能量转化，以及天体物理学中的恒星能量生成等。
热力学第一定律提供了一个基础原理，使得科学家和工程师能够更好地理解和优化能量转化过程。
5. 热力学第一定律的局限性尽管热力学第一定律在能量转化的研究中非常有用，但它并不适用于所有情况。
例如，在微观尺度的系统中，能量的转化可能会受到量子力学效应的影响，其中能量可以以离散的形式存在。
此外，在宇宙学中，热力学第一定律也不能解释整个宇宙的能量起源和宇宙膨胀的问题。
在这些情况下，需要更加深入和细致的研究来描述能量的行为和转化过程。
总结起来，热力学第一定律是热力学研究的基础之一，它描述了能量守恒的原理以及能量在热力学系统中的转化。
3热力学第一定律
二、等压过程 1. 过程特征 系统内气体压强保持不变，即 dp = 0，p = const. 2. 过程方程：V / T = const. 初态与末态的状态参量关系为 V1 / T1 = V2 / T2 等压过程曲线在 p-V 图上为平行 横轴（V 轴）的直线段。 3. 等体过程中的功、热量和内能增量
内能是系统状态的函数，物质的状态一定，内能也一定， 当系统从一个状态变化到另一个状态时，不管它的变化过 程如何，内能的改变总是一个定值。那么怎样改变系统的 状态，从而引起系统内能的变化呢？
做功
传热
一、功
功是能量传递与转化的量度。对系统做功使系统状态发生 变化，同时就完成了能量的传递与转移过程。 例如：1. 对系统做机械功
(3) 准静态过程可用系统的状态图（如 p – V 图或 p – T 图或 V –T 图）中的一条曲线表示。请看下图。状态图上 任何一点表示系统的一个平衡态。由一系列平衡态组成 的准静态过程在 p - V 状态图中用一条连续曲线来表示。
Ⅳ
Ⅳ－－循环过程曲线
p-V 图上几条准静态过程曲线
§3.2 功、热量 (Work, Heat)
功 是 过 程 量
§3.3 热力学第一定律
Eint,B Eint,A 在质心参考系中， Aext
设在某一宏观过程中，某系统内能从初始状态 E1 变化到 终了状态 E2，系统从外界吸收热量Q，同时对外做功A。 实验表明，系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和 系统对外界做功之和。这就是热力学第一定律。 Q = E2 – E1 + A 表明：系统从外界吸收的热量一部分使系统内能增加，另 一部分则用来对外做功。它是能量守恒定律在涉及热现象 宏观过程中的具体表述。
2．准静态过程
热学第3章热力学第一定律
§3.3热量 热力学第一定律
§3.3热量 热力学第一定律（p106） ＊传热是系统与外界交换能量的另一种途径 传 热的起因是系统与外界所处的温度不同。 热 量传递的方向从高温物体传向低温物体。 ＊热量Q的正负 系统从外界吸收热量Q>0，系 统向外界释放热量Q<0。 ＊热力学第一定律（能量守恒）（p107） 式 （3.4），对于一个无限小的过程，由式（3.5 ） Q = E2 – E1 + A đQ = dE + đＡ 式中E是系统 状态的函数。第一定律的文字式：系统吸收的 热量 ＝ 系统对外作的功 ＋ 系统内能的增量。
§3.2功
＊微量功算式（p103） 图3.5 式（3.1） đA= pSdl p dV 。 ＊功是过程量 若初终态相同而过程不同，作功 的数值不同。 体积功 由式（3.1）可知， dV>０系统体积膨胀，đA>０为正 ，dV<０系 统体积缩小，đA<０为负。图3.6（p104）功的 正负规定：系统对外界作功为正，外界对系统 作功为负。功的广域性。 V2 ＊有限过程功计算 A=∫đA= V1 pdV 。 V2 ＊例3.2（p105） T不变，式（3.3） A RT ln 。 V1 ＊理想气体等压、等体、等温过程功计算
§3.3热量 热力学内能只是温 度的函数，等温过程中内能不变E2 – E1 = 0， V2 RT ln 。 故Q = A V 1 ＊相变 热力学相变是一个等温等压过程。对于 一阶相变存在潜热，熔化热（固液相变），汽 化热（汽液相变）。 ＊例3.2（p198） p不变，T不变，液相与汽相的 摩尔体积不同，要作功；液到汽的变化时吸收 潜热；计算热量与功，其差值即是内能增量。 §3.4热容（p109） ＊热容的定义 C = đQ / dT 。二种表示：以物体
热力学第一定律知识点
热力学第一定律知识点热力学第一定律是热力学的基础定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将介绍热力学第一定律的基本概念、应用以及相关的几个重要知识点。
一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律是指，在一个封闭系统中，能量的变化等于系统对外做功加热量的和。
这个定律可以用以下的数学公式表示：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表示系统对外做的功。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用非常广泛，以下是其中的几个主要方面。
1. 热力学循环热力学循环是指系统在经历一系列过程后，回到初始状态的过程。
这些过程中，系统吸收或释放热量，还可能对外做功。
根据热力学第一定律，热力学循环的总吸热量等于总放热量，总做功等于总吸热量减去总放热量。
2. 热力学过程中的能量转化热力学过程中，能量可以以不同的形式进行转化，包括内能的变化、吸收或释放的热量以及对外做的功。
热力学第一定律描述了能量在不同形式之间的转化以及转化前后的守恒关系。
3. 热力学第一定律的实验验证热力学第一定律是通过实验进行验证的。
实验中可以测量系统的内能变化、吸热量以及对外所做的功，以验证热力学第一定律的成立。
三、热力学第一定律的注意事项1. 引入准则热力学第一定律是基于能量守恒原理的，需要引入准则才能确保能量守恒成立。
例如，在计算吸热量时，需要考虑到化学反应的发生，以充分考虑系统的能量转化。
2. 内能的定义热力学第一定律中的内能指的是系统的总能量，包括系统的热能、机械能以及其他形式的能量。
在实际应用中，需要注意内能的定义和计算方法。
3. 对外所做的功热力学第一定律中的对外所做的功指的是系统对外界做的机械功。
需要注意区分系统对外界做功和外界对系统做功的情况，并进行正确的计算。
结语：热力学第一定律是热力学研究的基础，它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
通过理解和应用热力学第一定律，我们可以更好地理解和解释各种热力学现象，推动科学研究的发展。
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能量守恒定律
自然界的能量既不能创生
也不会消灭..自然界的能量既不能创生,,也不会消灭
在热机中，驱动机械运转做功，这一能量来自于从燃料中吸收的热量，
因此永动机是不能制造出来的。
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学体系的体现。
热力学系统热力学系统的内能的内能的内能U U （Internal Energy Internal Energy）） 一般包含如下能量：
一般包含如下能量：分子内：平动运动的能量
转动运动的能量
振动运动的能量
电子运动的能量；
核运动的能量；
分子间分子间: : : 分子间作用
分子间作用势能。
……
封闭体系与环境之间的能量交换形式只有热与功两种，故有：
∆U＝Q + + W W
dU ＝δQ + δW
上式即为热力学第一定律的数学表达式。
其物理意义是：
自然界的能量是恒定的，若体系的内能发生了变化（∆U），变化量必定等于体系与环境之间能量交换量（Q、W）的总和。
习题
热力学第一定律对于孤立体系的数学形式是怎样的？热力学第一定律的公式对于生命体系成立么？为什么？
dU ＝ δQ + δW ＝ δQ + δW f －p 外dV
恒容、无有用功时
dU ＝ δQ V ∆U ＝Q V
dU ＝ δQ + δW f －p 外dV ＝ δQ －pdV
d(U+pV)＝δQ
恒压、无有用功时
定义： 焓（enthalpy ）函数 H
H ＝U ＋pV dH ＝ δQ p ∆H ＝Q p
热力学第一定律热力学第一定律------焓
焓
习题
某一化学反应若在恒温恒压下（298.15K）进行，放热40000J，若使该反应恒温恒压通过可逆电池来完成，则吸热4000J。
计算该反应的焓变；
物质的热容
•一、热容(heat capacity)
•热容的定义：将物体温度升高一度所需要的热量称为物质的热容。
•定义式：C＝δQ/dT
•物质的热容随升温的条件不同而不同。
常见的有等容热容和等压热容两种。
•C V＝(δQ/dT)V = (dU/dT)V∵∆U=Q V
•C p＝(δQ/dT)p = (dH/dT)p ∵∆H=Q p
•在化学中，最常用的是等压热容。
•热容是物质的基本热力学性质
•与物质的分子结构，物态等等都有关系
•热容可以通过热力学数据表格获得，对一些理想体系，如理想气体、理想晶体，也可以通过统计热力学的理论计算去预测。
•理想气体的摩尔热容
总结如下::
常温下))总结如下
理想气体的摩尔热容((常温下
•单原子分子: C V,m=3/2R C p,m=5/2R
•双原子分子: C C V,m=5/2R C p,m=7/2R
•非线性多原子分子:C V,m=3R C p,m=4R
同种原子所组成的理想晶体, 如金、银、铜、铁、锡等金属物体, 其摩尔等容热容为：
•C V,m=3R。