2014-2015修订热力学第一定律
高中物理-热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律内容是：研究对象内能的改变量，等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功之和。
注：热量的传导与做功均需要注意正负性。
热力学第一定律公式热力学第一定律公式：△U=W+Q其中，△U——内能的变化量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象内能减小。
Q——研究对象吸收的热量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象向外释放热量。
在自然态下，Q传导具有方向性，即只能从高温物体向低温物体传递热量。
W——外界对研究对象做的功，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象对外界做功。
热力学第一定律理解误区之吸热内能一定增加？老师：并非如此。
如果对外做功，内能可能不变，甚至减小。
物体的内能是变大还是变小，取决于两个外在因素，其一是吸收（或放出）热量，另外一个是做功。
如果吸收了10J的热量，向外界做了20J的功，物体的内能不会增加，反而会减小（减小10J）。
热力学第一定律深入理解之温度与分子平均动能关系老师：分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系，即分子平均动能Ek越大，热力学温度T就越大。
分子平均动能Ek是微观表现方式，而热力学温度T是宏观表现方式。
热力学第一定律深入理解之做功与气体体积关系老师：W与气体的体积相关，V减小，则是外界对气体做正功（压缩气体）。
反之，V增大，则是外界对气体做负功（气体膨胀向外界做功）。
热力学第一定律深入理解之能量守恒定律在热学的变形式老师：从热力学第一定律公式来看：△U=W+Q这与能量守恒定律是一致的。
能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。
在热学领域，物体内能改变同样遵守能量守恒定律。
物体内能的增加，要么是伴随着外界做功，要么是由外界热量传导引起的。
在物体A内能增加的同时，物体B因为向A做功能量减小，或者物体C把自身内能以热量形式向物体A传导，自身能量减小。
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原理。
这个定律在自然界中无处不在，对于我们理解能量的流动和转换过程至关重要。
热力学第一定律表明，能量在一个封闭系统中不会被创造或消失，只会从一种形式转换为另一种形式。
具体来说，在一个物质系统中，能量可以以两种方式进行转化：热传递和功。
热传递是指能量通过温度差的热传导方式从一个物体传递到另一个物体。
而功则是指由于力的作用而引起的能量转移。
根据热力学第一定律，一个封闭系统的能量变化可以通过以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W 代表系统对外界做功。
这个公式说明了系统内能的变化与吸收的热量和对外界做的功之间的关系。
根据热力学第一定律的定义和公式，我们可以推导出许多实际问题的解。
例如，考虑一个活塞和气体组成的系统，如果活塞执行循环运动，从体积减小到体积增加，我们可以利用热力学第一定律来计算系统的功和热量的变化。
此外，热力学第一定律的应用也涉及到热力学循环和热机的分析。
热力学循环描述了一系列的热力学过程，而热机则是利用热力学循环将热能转化为功的设备。
根据热力学第一定律，我们可以对热机的效率进行计算和评估。
需要注意的是，热力学第一定律只是能量守恒定律的一个特例。
在相对论物理中，质量与能量的等价关系也需要被考虑进入能量守恒的框架中。
同时，热力学第一定律只描述了能量转化的规律，对于能量的质量及其它属性没有提供详细信息。
总结起来，热力学第一定律是热力学研究的基础，它描述了能量的转化和守恒原理，对于我们理解能量在物质系统中的流动和转化过程至关重要。
通过应用热力学第一定律，我们可以推导出许多实际问题的解，并评估热机的效率。
然而，需要注意热力学第一定律只是能量守恒定律的特例，相对论物理和其他领域也需要考虑其他因素的影响。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学是一门研究能量转换与传递规律的学科，它主要研究热现象与其他物理现象之间的相互关系。
热力学第一定律，也称作能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和应用。
一、热力学第一定律的概念热力学第一定律是能量守恒定律在热学领域的表述。
它指出：在一个孤立系统中，总能量的变化等于系统所接受的热量与所做的功之和。
这个定律可以用以下公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示系统内能的变化，Q表示系统所接受的热量，W表示系统所做的功。
二、热力学第一定律的应用1. 热力学循环热力学循环是指一系列经历几个步骤的热能转换过程，最后回到初始状态的过程。
根据热力学第一定律，一个理想的热力学循环的净输入输出功为零，即总输入热量等于总输出功。
这一定律被广泛应用于热能转换设备的设计和研究中。
2. 热机效率热机效率是衡量热能转化的性能指标，是指输出功与输入热量之比。
根据热力学第一定律，对于一个正循环热机，其效率可以通过以下公式计算：η = 1 - Qc / Qh其中，η表示热机效率，Qc表示效率造成的能量损失，Qh表示输入的热量。
3. 热力学过程热力学过程是一个系统经历的状态变化过程，根据热力学第一定律，对于一个孤立系统来说，其内能的变化等于系统所接受的热量和所做的功之和。
这一定律不仅适用于准静态过程，也适用于非准静态过程，为热力学过程的分析提供了基础。
4. 热力学平衡热力学平衡是指在一个封闭系统中，各部分之间没有能量的净交换，即系统内外没有能量的流动。
根据热力学第一定律，当一个系统达到热力学平衡时，系统内能的变化为零，即ΔE = 0。
热力学平衡在热力学研究中起着重要的作用。
三、总结热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它描述了系统能量转换与传递的规律。
在热力学循环、热机效率、热力学过程和热力学平衡等方面都有广泛的应用。
热力学第一定律的核心是能量守恒定律，对于热学领域的研究具有重要意义。
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律的内容及公式热力学第一定律是物理学家在研究热力学时发现的一个基本定律，又称一阶热力学，它主要是指热力学里的“能量守恒定律”，也就是所谓的“热力学第一定律”。
热力学里有两个重要概念，一个是“热量”，一个是“动能”，它们都是热量的形式，而热力学第一定律宣称：“系统在每一次进行的任何物理或化学变化中，热量的总量是保持不变的”，也就是说：“热量守恒定律”，或“热力学第一定律”。
其公式如下：ΔU = Q - W (热量守恒定律)其中，ΔU：系统内部能量的变化量，U”代表“内能”；Q：进入系统的热量量，Q”代表“热量”；W：系统外的动摩擦的功，“W”代表功。
热力学第一定律的推导是基于“能量守恒原理”，也就是基于“能量守恒定律”，即“能量在发生物理和化学变化的过程中是守恒的”，其具体原理可以这样理解：在任何物理或化学变化的过程中，能量只会由一种形式转化为另一种形式，而不会消失或增多，因此可以将它作为守恒量。
这就是“能量守恒定律”所说的“能量不会消失，而只能由一种形式转化为另一种形式”。
热力学第一定律的实际应用非常广泛，它不仅被广泛应用于电力，热动力学，机械学，天然气等，而且它也是热动力机制的基础，比如火的燃烧，爆炸，发动机的工作，热能的转化等等，都离不开热力学第一定律的应用。
热力学第一定律的推导实际上是由能量守恒定律的原理推出来的，其中，Q一般表示进入系统的热量，W表示系统外的动摩擦功，ΔU表示系统内部能量的变化量，因此，Q-W=ΔU，也就是说，热量守恒定律是指热量的总量在发生变化的过程中是保持不变的。
热力学第一定律也有其局限性，它不适用于非平衡态的物理过程，也不适用于外部力的作用下的重力运动，而是适用于系统在收敛过程中的热运动，这也是其它热力学定律如热力学第二定律等作用于平衡态中才能发挥最好作用的原因。
总之，热力学第一定律是由能量守恒定律推导出来的，其公式为Q-W=ΔU，它简单而实用，极大地推动了某些物理过程的进程，发挥了极其重要的作用，并且它也有自己的局限性，不适用于非平衡态的物理过程以及外部力的作用下的重力运动。
2014-2015修订热力学第一定律
热力学第一定律的含义 (1) 说明了内能、热、功可以相互转 化； (2) 说明了转化时的数量关系。 功和热都是能量的传递形式，而不是系统自身的 属性，因此它不是状态函数，而是过程的属性，是过 程的产物。一个体系从同一个始态到同一个终态，可 以经历不同的途径。 Q 、 W 数值可能不同，但代数和 是相同的，即内能的变化都是相同的。
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如图，判定下列为何种系统？ 电阻丝+电池 密闭系统 密闭系统 密闭系统
水
电阻丝
电阻丝+电池+水 隔离系统
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若一系统，其各项性质均具有确定的数值，则称该 系统处于一定的状态。状态是系统的物理性质和化学性 质的综合表现。 系统的性质只取决于系统目前所处的状态，而与过 去的历史无关。状态发生变化，系统的性质也发生相应 的变化，变化值只取决于系统的始态和终态，而与变化 的途径无关。无论多么复杂的变化，系统复原，所有的 性质也都复原。具有这种性质的物理量称为状态性质， 又称为状态函数。
状态函数的特性：
异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
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状 态 性 质
强度性质 容量性质 (广度性质)
• 与系统中的物质的量无关 • 无加和性 • 与系统中物质的量有关 • 有加和性
体积 V总＝V1+V2+… 质量 m总＝ m1+m2 +… 内能 U总＝U1+U2+…
温度 T总＝T1＝T2＝… 压力 p总＝p1＝p2＝… 密度 ρ总＝ρ1＝ρ2＝…
ห้องสมุดไป่ตู้
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注意点
② 内能的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。 内能的绝对值为什么无法确定？是否不利 于解决实际问题？ 答：人类对物质运动形式的认识存在局限 。热力学是通过系统状态函数的改变量来 解决问题。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，其核心定律是热力学第一定律。
热力学第一定律是指能量守恒定律，亦即能量既不可以被创造也不可以被毁灭，只能由一种形式转化为另一种形式。
本文将详细探讨热力学第一定律的原理和应用。
一、热力学第一定律的原理热力学第一定律的原理可以用以下数学表达式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
根据能量守恒定律，系统内能的变化等于系统所吸收的热量减去系统所做的功。
这个表达式也可以解释为：系统内能的增加等于热量增加减去工作所做的减少。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律在热力学领域的应用非常广泛，下面将介绍几个常见的应用。
1. 热功等价关系根据热力学第一定律，热量和功可以相互转化。
当系统吸收热量时，系统内能增加，从而可以转化为对外做功；反之，当系统对外做功时，系统内能减少，相应地会释放热量。
这种热量和功的转化关系被称为热功等价原理。
2. 热机效率热机是指将热能转化为机械能的装置，例如蒸汽机、内燃机等。
根据热力学第一定律，热机的效率可以用以下公式表示：η = (W_net / Q_in) * 100%其中，η表示热机的效率，W_net表示净功，Q_in表示输入的热量。
热机的效率即净功和输入热量的比值，通常以百分比表示。
通过热力学第一定律的应用，可以评估和改善热机的性能。
3. 热力学循环热力学循环是指在特定条件下，将工质(如气体、液体等)依次进行一系列热量转换和功转换后回到起始状态的过程。
常见的热力学循环有卡诺循环和斯特林循环等。
热力学第一定律在热力学循环研究中起到了重要的作用，通过应用该定律可以分析循环系统内能的变化和热量转化情况，从而优化循环效率。
4. 热传导热传导是指通过物质内部的振动和碰撞，热能从高温区传递到低温区的现象。
根据热力学第一定律，热能传导的过程中不会产生或消耗热量，能量守恒。
通过热力学第一定律的应用，可以计算热传导的速率和热量的流动情况，为热传导的工程应用提供理论依据。
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在物理学中，热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。
它表明，在一个封闭系统中，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。
能量是物质存在的基本属性，它可以表现为热能、机械能、电能、化学能等形式。
根据能量守恒定律，这些形式的能量可以相互转化，但是总能量的和保持不变。
热力学第一定律可以用数学表达式来表示，即△U = Q - W。
其中，△U表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收或释放的热量，W表示系统对外界做功。
根据这个公式，我们可以得出结论：当系统吸收热量时，系统内能增加，而当系统释放热量时，系统内能减少。
同样地，当系统对外界做功时，系统内能减少，而当外界对系统做功时，系统内能增加。
通过这些能量的转化，能量在系统内部和外部之间得以平衡。
热力学第一定律还可以解释一些日常生活中的现象。
例如，我们常常用电器加热食物。
当电器吸收电能时，电能被转化为热能，使食物加热。
在这个过程中，虽然电能转化为热能，但总能量并没有减少，而是转化为了热能。
这就是热力学第一定律的体现。
同样地，汽车的运行也符合热力学第一定律。
当汽车行驶时，发动机燃烧汽油产生能量，将能量转化为机械能推动汽车前进。
在这个过程中，汽油的化学能转化为机械能，使汽车运行。
虽然化学能减少，但总能量并没有减少，而是以机械能的形式存在于汽车运动中。
热力学第一定律对于能源的利用和保护具有重要意义。
我们应该从能量守恒的角度思考如何更有效地利用能源，降低能源的浪费和损耗。
通过提高能源利用效率，我们可以减少对环境的影响，保护地球的可持续发展。
总之，热力学第一定律，即能量守恒定律，是一个基本的物理定律，揭示了能量转化的基本原理。
通过理解和应用这一定律，我们可以更好地理解能量的本质，合理利用能源，保护环境，实现可持续发展。
这也是我们在学习和应用热力学知识时需要深入探索和研究的方向。
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。
热力学第一定律精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版热力学第一定律科技名词定义中文名称：热力学第一定律英文名称：first law of thermodynamics其他名称：能量守恒和转换定律定义：热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。
概述热力学第一定律热力学第一定律：△U=Q+W。
系统在过程中能量的变化关系英文翻译：the first law of thermodynamics简单解释在热力学中，系统发生变化时，设与环境之间交换的热为Q（吸热为正，放热为负），与环境交换的功为W（对外做功为负，外界对物体做功为正），可得热力学能（亦称内能）的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。
定义自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。
英文翻译：The first explicit statement of the first law of thermodynamics, byRudolf Clausiusin 1850, referred to cyclic thermodynamic processes "In all cases in which work is produced by the agency of heat, a quantity of heat is consumed which is proportional to the work done; and conversely,by the expenditure of an equal quantity of work an equal quantity of heat is produced."基本内容能量是永恒的，不会被制造出来，也不会被消灭。
第3章 第2节 热力学第一定律
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二、对热力学第一定律的理解
【问题导思】 1．气体吸收热量，内能一定增加吗？ 2．对气体做功，同时气体放出热量，内能一定减少吗？ 3．不同的物理过程中气体内能变化，做功和热传递有什么规 律？
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二、对热力学第一定律的理解 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种
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，此定律应用时各量的单 位应统一．
【答案】 AD
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热力学第一定律应用技巧 1．绝热过程：气体与外界没有热传递． 2．导热良好：气体与外界有热交换，且保持与外界温度相同． 3．做功情况与体积变化有关：体积减小，则外界对气体做功； 体积增大(不是对真空膨胀)，则气体对外界做功． 4．理想气体(不计分子势能的变化)：一定质量的理想气体的内 能只与温度有关．
例 2 (双选)一定量的理想气体从状态 a 开始，经历三个过程 ab、 bc、ca 回到原状态，其 p-T 图象如图所示．下列判断正确的是 ________．
A．过程 ab 中气体一定吸热 B．过程 bc 中气体既不吸热也不放热 C．过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．a、b 和 c 三个状态中，状态 a 分子的平均动能最小
第三章 热力学基础
第二节 热力学第一定律
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学习目标
重点难点
1．理解热力学第一定律，并掌握其表 1．涉及热力学第一定律的定性分
达式． 析和定量计算．(重点)
2．能运用热力学第一定律解释自然界 2．热力学第一定律的正确运用(定
能量的转化、转移问题． 性分析和定量计算)．(难点)
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一、热力学第一定律 1．基本知识 (1)改变内能的方式： 做功 和 热传递 ． (2)功和内能的关系：若物体不存在热传递，当 外界 对它做功时， 它的内能 增加 ，关系式为 W＝ ΔU ；若物体对外做功，则 W<0， ΔU<0，表明内能 减少 ．
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。
热力学第一定律的含义
热力学第一定律的含义热力学第一定律，又称为“绝对热力学第一定律”，是一个关于能量，动力学和热力学的重要定律。
它的全称是“桑比斯热力学第一定律”，是由19世纪二十世纪早期的英国自然学家桑比斯所提出的。
它的主要思想是，在完全封闭的系统中，任何形式的能量都不会消失，即能量守恒定律。
热力学第一定律概括地说就是，在任何物理过程中，能量总是守恒的，也就是说，能量不会发生改变，只会发生转化。
这意味着，任何过程都不会产生新的能量。
实际上，这个定律表明，有能量传递，但不会有能量生成。
换句话说，物质的总能量不变，只是能量的形式和分布发生变化。
热力学第一定律的解释和应用有几个方面，最重要的是其在动力学系统中的作用。
由于它提出了“能量守恒定律”，这就意味着动力学系统中的能量只能通过过程的形成和转化来改变，而不能消失。
所有这些变化都会影响物质的总能量，从而影响物质的运动。
因此，热力学第一定律在动力学与其他物理学科中都有广泛的应用。
热力学第一定律也为热力学研究提供了指导和基础。
桑比斯定律指出，能量只能在物质系统中由一种形式转化为另一种形式，而不能消失。
这就为热力学的研究提供了重要的基础，以有效地研究物质系统中能量的变化和分布。
此外，热力学第一定律也成为量子力学和核物理学等学科中研究变化和分布的重要依据。
虽然热力学第一定律已经有了一百多年的历史，但它仍然在动力学和热力学中发挥重要作用，是其中最重要的定律之一。
热力学第一定律为物质系统提供了物理定律的指导，它的解释和应用对于有效地研究物质的运动和变化至关重要，也为量子力学和核物理学的研究提供了重要的基础。
因此，热力学第一定律极具价值，今后也将继续发挥其重要的作用。
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。
热力学第一定律与第二定律
热力学第一定律与第二定律热力学是关于能量转化和能量守恒的科学，它研究了物质与能量之间的关系以及能量转化的规律。
在热力学中，有两个基础定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
本文将详细介绍这两个定律的定义、原理和应用。
一、热力学第一定律热力学第一定律又被称为能量守恒定律，它表明能量在系统中的变化量等于系统所做的功加上系统吸收的热量。
简言之，能量是守恒的。
具体来说，热力学第一定律可以用以下方程式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W代表系统所做的功。
根据这个定律，我们可以得出以下结论：1. 系统吸收的热量等于系统内能的增加。
热量可以使系统内粒子的动能增加，也可以使分子之间的相互作用增强，从而使内能增加。
2. 系统所做的功等于系统内能的减少。
当一个物体从高温区移动到低温区时，它会做功，从而导致内能减少。
热力学第一定律的应用非常广泛。
例如，在工程领域中，我们可以利用这个定律来计算热机的效率。
在化学反应中，我们可以根据热力学第一定律来判断反应是否放热或吸热，并求出反应的焓变。
总之，热力学第一定律是热力学研究中的基础，对于理解和应用能量转化的过程至关重要。
二、热力学第二定律热力学第二定律是关于物质能量转化方向的定律。
它规定了能量在自然界中传递的方式和限制。
总结起来，热力学第二定律表明热量自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这个定律可以从以下两个方面解释：1. 热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这是因为能量在自然界中总是从高能态流向低能态。
如果低温物体能够将热量传递给高温物体，就违背了能量的自发流动方向。
2. 熵增定律。
熵是用来描述系统无序程度的物理量，热力学第二定律指出，一个孤立系统的熵要么保持不变，要么增加。
换句话说，自发过程总是趋于增加系统的熵。
而熵的增加意味着能量的转化趋于不可逆。
根据热力学第二定律的约束，我们可以得出一些重要的结论。
《热力学第一定律》 知识清单
《热力学第一定律》知识清单一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。
它表明，在一个封闭系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，而总的能量保持不变。
这个定律可以用一个简单的数学表达式来表示：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 表示系统对外界所做的功。
内能是系统内部所具有的能量，包括分子的动能、分子间的势能以及分子内部的能量等。
热量是由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。
功则是系统与外界之间通过力的作用而传递的能量。
二、热力学第一定律的历史发展热力学第一定律的发展有着漫长的历史。
在 19 世纪早期，许多科学家的工作为这一定律的形成奠定了基础。
焦耳通过一系列精心设计的实验，研究了各种形式的能量转换，如摩擦生热、电流的热效应等，为能量守恒的概念提供了坚实的实验依据。
迈尔则从哲学的角度思考了能量的本质，并提出了能量守恒的思想。
经过众多科学家的努力，热力学第一定律逐渐被确立，并成为了现代物理学的重要基石之一。
三、热力学第一定律的应用1、热机热机是将热能转化为机械能的装置，例如蒸汽机、内燃机等。
热力学第一定律在热机的研究中起着关键作用。
通过分析热机在工作过程中的能量转化和传递，可以评估热机的效率。
热机的效率定义为热机对外做的功与从高温热源吸收的热量之比。
由于在实际的热机中，总会有一部分能量以废热的形式散失到低温环境中，所以热机的效率永远小于 100%。
2、制冷机制冷机与热机相反，它是通过消耗外界的功，将热量从低温物体传递到高温物体。
在制冷机的工作过程中，同样遵循热力学第一定律。
3、化学反应在化学反应中，也涉及到能量的变化。
通过热力学第一定律，可以计算出反应过程中的能量吸收或释放。
例如，燃烧反应会释放出大量的热能，而某些吸热反应则需要从外界吸收能量才能进行。
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律是一种物理定律，它探究个体系（物理和化学）之间发生在过程中的热变化。
它提供了一个把能量作为热量和机械能的方式来观察系统的工作原理，其简称为“热力学一定律”。
热力学第一定律的内容在于：热力学系统改变的度量叫做热力学熵，它是关于系统增加了多少能量也就是温度增加了多少，也就把热力学熵标志为S，那么其数学形式就可以表示为：S=Q/T，其中Q是系统获得多少热量，T是系统恒定温度，这是一种相对温度，称为温度。
它还提出了一种熵可以增加、但不能减小，这是一个“熵定律”。
也就是说，在热力学过程中，熵的变化总是增加的，它的变化永远不能是负的，熵的总增加一般只能通过进行反应而引起的热力学过程。
另外，一个微观物理系统在恒定温度和压力条件下，也就是恒定温度和熵时，它的熵是不变的。
热力学第一定律又称为“能量守恒定律”，它的数学表达式是：W＋Q＝0，这表明
全部的工作（W）和得到的热（Q）之和为零，也就是说，实际使用的能量以及产生的热量之间均衡的，即能量的守恒性。
热力学第一定律的内容主要集中在热力学增量熵上面，主要有两个大的内容：1.热力学熵可以增加，但不能减少。
2.恒定温度和压力，熵是不变的。
它由“热力学熵”和“能量守恒定律”组成，“热力学熵”是它的主要内容，通过“能量守恒定律”，它描述了在物理系统中实际使用的能量以及发生的热量之间的均衡关系。
热力学第一定律作为物理系统发生变化时的基本原理，多被应用于工程设计，技术研究及现代工业工厂，我们可以从中获得许多重要信息。
热力学第一定律解析式适用范围
热力学第一定律解析式适用范围
热力学第一定律是能量守恒定律，它表达了能量在系统中的转化和传递的原理。
热力学第一定律的解析式为：
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。
热力学第一定律适用于封闭系统，即系统与外界无物质交换，只有能量交换的情况。
在这种情况下，根据热力学第一定律，系统内部能量的变化等于系统吸收的热量减去系统对外界做的功。
需要注意的是，热力学第一定律不适用于开放系统，即系统与外界可以进行物质和能量的交换。
在开放系统中，能量的变化还要考虑物质的流入和流出对能量的影响，因此热力学第一定律的解析式需要进行修正。
另外，热力学第一定律也不适用于非平衡态系统，即系统内部存在明显的时间依赖性和非均匀性的情况。
在这种情况下，热力学第一定律的解析式也需要进行修正，考虑非平衡过程的影响。
热力学第一定律的含义与应用
热力学第一定律的含义与应用热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，而热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量守恒的基本原理。
本文将详细探讨热力学第一定律的含义及其在实际生活和工程中的应用。
一、热力学第一定律的含义热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，它表明能量在系统中的转换和传递是有限制的。
换句话说，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式或从一处传递到另一处。
根据热力学第一定律，一个封闭系统中的能量变化等于能量输入减去能量输出，即ΔU = Q - W。
其中，ΔU表示内能的变化，Q表示系统从外界吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
这个公式清楚地说明了能量的守恒性质。
热力学第一定律的含义可以理解为，能量不会从不存在的地方出现，也不会无中生有地消失，它只是在系统中不断地转换和传递。
这个定律对于研究能量转化和能量传递具有重要的指导意义，可以帮助我们理解和解释各种自然和工程现象。
二、热力学第一定律的应用1. 动力系统中的应用热力学第一定律在动力系统中有广泛的应用。
以内燃机为例，根据热力学第一定律，内燃机的输出功等于燃烧室吸收的热量减去排出的废气所做的工作。
通过合理地控制热量的输入和输出，可以提高内燃机的效率，减少能量的浪费。
2. 热力学循环中的应用热力学第一定律也在热力学循环中有着重要的应用。
例如在汽车的发动机中，根据热力学第一定律，我们可以分析汽缸内的热量输入和输出情况，从而确定汽车发动机的效率。
同时，还可以通过热力学循环的优化设计，提高汽车发动机的工作效率，降低油耗和排放。
3. 能源利用中的应用热力学第一定律的应用还可以拓展到能源利用领域。
能源的开发和利用是人类社会的重要任务，而热力学第一定律可以帮助我们优化能源的利用方式。
通过对能量输入和输出的分析，可以提出合理的能源利用方案，高效地利用能源资源，降低能源消耗和环境污染。
4. 生态系统中的应用除了工程领域，热力学第一定律在生态系统中也有一定的应用。
热力学第一定律概述
热力学第一定律概述
热力学第一定律，即能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它可以概述为：在自然界中一切物质都具有能量，能量既不能被消灭，也不能被创造，但可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量转化的过程中，能的总量保持不变。
将这一定律应用到涉及热现象的能量转换过程中，即是热力学第一定律，它可以表述为：热可以转变为功，功也可以转变成热：一定量的热消失时，必然伴随产生相应量的功：消耗一定的功时，必然产生与之对应量的热。
或者说：热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能，在它们的传递和转换过程中，总量保持不变。
当物体从外界吸收热量Q时，物体的内能应增加，增加的数值等于Q：当物体对外作功W时，物体的内能应减少，减少的数值等于W。
如果物体从外界吸收热量Q，同时又对外作功W，则物体内能的增加量应为△E=Q-W，通常写为Q=△E+W
式中：Q—物体从外界吸收的热量，单位为J；
△E—物体内能的增加量，单位为J：
W—物体对外作的功，单位为J。
上式表明：物体从物界吸收的热量，一部分使物体的内能增加，另一部分用于物体对外作功。
历史上，在资本主义发展初期有人曾幻想制造一种可以不消耗能量而连续做功的机器。
称“第一类永动机”，由于它违反热力学第一定律，就注定了其失败的命运。
因此热力学第一定律也可以表述为：第
一类永动机是不存在的。
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焦耳
迈耶尔
23
1 cal = 4.1840 J 1J = 0.239 cal
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。 现在，国际单位制中已不用cal，热功当量这个 词将逐渐被废除。
24
焦耳的实验表明能量可以以不同的形式进行转 化，热和功也是能量转化的一种形式。 热力学第一定律的实质 能量守恒。
19
例：某一系统由始态 (25oC, 105Pa) 变到终态 (100oC, 5×105Pa) 的途径：
25
oC,
105
定温过程
Pa
25 oC, 5×105 Pa
定压过程
定压过程
100
oC,
பைடு நூலகம்
105
Pa
定温过程
100 oC, 5×105 Pa
不同途径的示意图
20
如果系统与环境之间没有任何物质和能量交换， 系统中各个状态性质又均不随时间而变化，则称系统 处于热力学平衡状态。
41
42
体积功（膨胀功）：因系统体积变化而引起的系统与 环境间交换的功。 体积功的计算 广义功 = 广义力×广义位移
W fdl
43
气体膨胀时（p内>p外）
W外 f外dl p外 Adl p外dV
29
注意点
② 内能的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。 内能的绝对值为什么无法确定？是否不利 于解决实际问题？ 答：人类对物质运动形式的认识存在局限 。热力学是通过系统状态函数的改变量来 解决问题。
思考
对于一个从 A 到 B 的过程：状态A 状态B U = U B - UA U为一状态性质，U只取决于系统的始态和终态， 与变化的途径无关。 U 是容量性质，其数值与系统中的 物质的量成正比。
30
注意点
③ U 是状态函数，具有全微分的性质，微小变化过程 的内能，用“dU” 表示。 对纯物质单相密闭系统，通常只要确定两个状 态性质，系统的状态就确定了。所以系统的热力学 能可看作是任意两个状态性质的函数。
U看做是T和V的函数，则
U = f (T, V) 根据多元函数的微分，U的全微分可写为
能量守恒原理是人们长期经验的总结，在宏观 及微观世界中，没有发生过任何例外的情形。
25
① 能量不能凭空产生或消灭，只能从一种形式以严 格的当量关系转换为另一种形式。 ② 第一类永动机的创造是不可能存在的。
第一类永动机:不供给能量而可连续不断对外做功的 机器。
26
系统的总能量由三个部分组成（即内能、动能
有能量交换
9
② 密闭系统（封闭系统） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
环境 无物质交换 封闭系统
有能量交换
经典热力学主要研究封闭系统
10
③ 隔离系统 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换， 故又称为孤立系统。
环境 无物质交换
隔离系统(1)
无能量交换
11
敞开系统
密闭系统
隔绝系统 (孤立系统)
13
如图，判定下列为何种系统？ 电阻丝+电池 密闭系统 密闭系统 密闭系统
水
电阻丝
电阻丝+电池+水 隔离系统
14
若一系统，其各项性质均具有确定的数值，则称该 系统处于一定的状态。状态是系统的物理性质和化学性 质的综合表现。 系统的性质只取决于系统目前所处的状态，而与过 去的历史无关。状态发生变化，系统的性质也发生相应 的变化，变化值只取决于系统的始态和终态，而与变化 的途径无关。无论多么复杂的变化，系统复原，所有的 性质也都复原。具有这种性质的物理量称为状态性质， 又称为状态函数。
状态函数的特性：
异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
15
状 态 性 质
强度性质 容量性质 (广度性质)
• 与系统中的物质的量无关 • 无加和性 • 与系统中物质的量有关 • 有加和性
体积 V总＝V1+V2+… 质量 m总＝ m1+m2 +… 内能 U总＝U1+U2+…
温度 T总＝T1＝T2＝… 压力 p总＝p1＝p2＝… 密度 ρ总＝ρ1＝ρ2＝…
36
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 W>0 对系统做功 系统 系统放热 Q<0 U <0 W<0 对环境做功
37
U = Q + W
1. 如图，当选择不同系统时，讨论U、Q、W的值大 于0，等于0或小于0。 系 统
电源 电阻丝 水 电阻丝+电源 电阻丝+水 电阻丝+电源+水
39
3. 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充 入压力不等的空气(视为理想气体)，已知p右>p左， 以全部空气为系统，将隔板去后: ( A )
A. B. C. D. Q=0, W=0, U=0 Q=0, W<0, U>0 Q>0, W<0, U>0 U=0, Q=W≠0
4. 封闭系统经任意循环过程,则 ( C ) A.Q=0 B. W=0 C. Q+W=0 D.以上都不对
系统和环境之 间的能量交换
系统类型
系统和环境之 间的物质交换
敞开系统 密闭系统(封闭系统) 隔离系统(孤立系统)
有 无 无
有 有 无
12
注意点 ① 系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换； ② 系统的边界可以是多种多样： 可以是实际的，也 可以是假象的。如刚性壁、活动壁、绝热壁或半 透壁等； ③ 系统可以是多种多样的：单组分、多组分、固体、 液体、气体、化学反应系统、单相、多相或双相。
34
当一系统的状态发生某一变化时，若系统从环境 吸收的热量为Q，对环境作了W的功，系统内能的变 化 U = Q ＋ W (封闭系统) 任何封闭体系的内能变化都是由于体系与环境间 有热和功传递的结果。 如果系统状态发生无限小的变化，表示为 dU = Q ＋ W (封闭系统) 功和热不是状态性质，它们不能以全微分表示。
Q = < > < = =
W < > = = > =
U < ? > < > =
以电阻丝为系统 因为|W|>|Q| 所以 U>0
38
思考
2. 夏天将室内电冰箱门打开，接通电源，紧 闭门窗（设墙壁门窗均不传热），能否使 室内温度降低？为什么？
答：不能。 因为绝热， Q = 0 ；环 境对体系作电功，W > 0； ΔU = Q + W > 0, 室内气体温 度升高。
28
注意点
① 内能是状态函数 即任意系统在状态一定时，系统内部的能量是定值。
证明：系统状态一定时，内能值就为定值。 （反证法） p 系统状态从A经途径1或途径2到B ΔU1=UB–UA=ΔU2
若假设ΔU1>ΔU2 系统状态 A B A
1
B 2 V
A
一次循环ΔU=ΔU1 – ΔU2>0 如此每经过一次循环，就有多余的能量产生 不断循环进行，就构成了第一类永动机 所以原假设不成立，即ΔU1=ΔU2 。
物理化学 —— 第一章
环境 surroundings 无物质交换 封闭系统 Closed system
U Q W
有能量交换
1
§1.1 基本概念 §1.2 热力学第一定律 §1.3 体积功与可逆过程 §1.4 定容及定压下的热 §1.5 理想气体的热力学性质 §1.6 热容 §1.7 理想气体的绝热过程 §1.8 热化学 §1.9 各种热效应 §1.10 反应焓与温度的关系
2
3
(1) 热力学的研究内容
热力学是研究能量相互转换过程中所遵循的规 律的科学。 ① 各种物理变化和化学变化中发生的能量效应； ② 化学变化的方向和限度。 (2) 热力学的发展
① 初期：热和机械功之间的转换关系；
② 发展：电能、化学能、辐射能及其他形式的能量 纳入研究范围。
4
热力学的一切结论主要建立在两个经验定律的 基础上的（热力学第一定律和热力学第二定律）。
6
(5) 热力学方法的局限性 ① 不知道反应的机理和反应速率; ② 不研究系统的宏观性质与微观结构之间的关系; ③ 可以指出进行实验和改进工作的方向，讨论变化 的可能性，但无法指出如何将可能性变为现实的 方法和途径。
7
(1)系统 在科学研究时必须先确定 研究对象，将一部分物体从 其他部分划分出来，作为研 究的对象。这种分离可以是 实际的，也可以是想象的。 这种被划定的研究对象称 为系统，亦称为体系。
U U dU ( )V dT ( )T dV T V
31
(1) 热 热：由于系统和环境之间存在着温度差而造成的能量 传递称为热。用符号“Q”表示。 Q ＞0 系统吸热（系统以热的形式得到能量） Q ＜0 系统放热（系统以热的形式失去能量） 注意点：Q不是状态函数，与途径有关，不能以全微分 表示，微小变化过程的热，用Q表示，不能用dQ。
和势能）：
E=U+T+V T+V称为外能，为系统作整体运动的动能和势 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。
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U 热力学能 热力学能，又称为内能，它是指系统内部能量的 总和。 包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动 能、电子运动能、核能以及各种粒子之间的相互作用 位能等。
热力学平衡状态判断的标准：
① ② ③ ④
热平衡：系统内部各处温度相等； 机械平衡：系统各部分的压力都相等； 化学平衡：系统的组成不随时间变化； 相平衡：系统中，各相的组成和数量不随时间而 变化。
21
22
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。