[小学教育]1-01章-热力学第一定律热力学基础
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。
第1章 热力学基础 -1
系统在一定环境条件下，经足够长的时间， 系统在一定环境条件下，经足够长的时间，可观测到的 宏观性质都不随时间而变，此时系统的状态称为热力学 宏观性质都不随时间而变，此时系统的状态称为热力学 平衡态。 平衡态。 热力学平衡态应同时有： 热力学平衡态应同时有： 应同时有 ⑴热平衡：系统各部分T 相等；若不绝热,则T系统= T环境。 热平衡：系统各部分 相等；若不绝热, ⑵力平衡：系统各部分p 相等；边界不相对位移。 力平衡：系统各部分 相等；边界不相对位移。 ⑶相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。 相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。 化学平衡：系统组成不随时间改变。 ⑷化学平衡：系统组成不随时间改变。
2 热力学第一定律
2.1 热力学第一定律 热力学第一定律就是能量守恒定律， 热力学第一定律就是能量守恒定律，这是从大量实践中 总结出的一个普遍规律。热力学第一定律又可表述为“ 总结出的一个普遍规律。热力学第一定律又可表述为“第一类 永动机”不可能造成。 永动机”不可能造成。 2.2 热力学能
2 热力学第一定律
1.2 状态与性质 状态: 系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。 状态: 系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。 描述系统的状态 性质：系统的热力学性质。系统的状态决定系统的宏观 性质：系统的热力学性质。系统的状态决定系统的宏观 热力学性质 决定 性质。 性质。 决 定
状态
描 述
性质
宏观性质分为两类： 宏观性质分为两类： 强度性质：与系统中所含物质的量无关， 强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性 (如p,T 等) 广度性质：与系统中所含物质的量有关， 广度性质：与系统中所含物质的量有关，有加和性 (如n,V,等） V,等 若指定了物质的量，则成为强度性质， 若指定了物质的量，则成为强度性质， 如Vm= V/n。 。
《热力学第一定律》 讲义
《热力学第一定律》讲义一、热力学第一定律的引入在探索自然界的能量转化和守恒规律的过程中，热力学第一定律应运而生。
它是热力学的基础，对于理解各种热现象和能量转换过程具有至关重要的意义。
想象一下，我们生活中的各种能量形式，比如热能让我们感到温暖，机械能让机器运转，电能点亮灯光。
那么，这些不同形式的能量之间是如何相互转换的？又是否存在某种不变的规律呢？这就是热力学第一定律要回答的问题。
二、热力学第一定律的表述热力学第一定律可以表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
这看似简单的一句话，却蕴含着深刻的物理内涵。
它意味着我们的宇宙是一个封闭的能量系统，能量的流动和变化有着严格的规律可循。
为了更直观地理解这一定律，我们可以举几个例子。
比如，当我们燃烧煤炭来加热水时，煤炭中的化学能通过燃烧转化为热能，然后热能传递给水，使水的温度升高。
在这个过程中，总能量始终保持不变，只是能量的形式从化学能变成了热能。
又比如，汽车发动机通过燃烧汽油将化学能转化为机械能，从而驱动汽车前进。
虽然能量的形式发生了变化，但能量的总量并没有增加或减少。
三、热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律可以用数学表达式来精确描述。
通常，我们用ΔU ＝ Q ＋ W 来表示。
其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，W 表示系统对外界做功或外界对系统做功。
当 Q 为正值时，表示系统吸收热量；当 Q 为负值时，表示系统放出热量。
当 W 为正值时，表示系统对外界做功；当 W 为负值时，表示外界对系统做功。
这个表达式清晰地展示了内能、热量和功之间的关系。
比如说，一个绝热容器中的气体被压缩，外界对气体做功，由于是绝热过程，没有热量交换（Q ＝ 0），根据表达式，气体的内能增加（ΔU ＞ 0）。
再比如，一个热的物体与一个冷的物体接触，热的物体向冷的物体传递热量（Q ＜ 0），如果没有做功过程（W ＝ 0），那么热物体的内能减少，冷物体的内能增加，但两者内能的总和不变。
热力学第一定律
热力学第一定律是指热量和功的守恒定律。
简单来说，就是能量不能被创建或摧毁，只能被转化为其他形式。
这个定律在热力学中具有重要的地位，因为它限制了能量的转换，规定了能量是如何在系统中移动和转移的。
本文将围绕来探讨热力学的基本概念和应用。
热力学是一门研究热力学系统的物理学科。
它研究了热量、温度、压力、热传递、功等变化过程及其与能量有关的相互关系，是现代物理学的重要组成部分。
在热力学中，是一个基本法则，它涉及到能量转移的方向和方式。
可以用数学公式来表示：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 表示系统对外做的功。
根据这个公式，可以解释为：系统内部能量的增加等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。
也就是说，一个物体的内部能量只能从外部的能量转移而来。
这个定律的实际应用非常广泛，它可以帮助我们理解各种能量转换过程。
例如在汽车引擎工作时，热能被转化为机械能来带动汽车前进，这就是一个很好的例子，说明热能和机械能之间的转化和传递可以通过进行描述和解释。
另外，在工业中，也被广泛应用。
例如在燃煤发电厂，燃煤燃烧产生的热能转化为电能，这个过程可以通过进行分析。
我们可以评估热能转化效率，以及需要多少热能才能产生多少电能。
除了这些应用场景，还可以用来解释自然现象。
例如星际空间的物质转移和能量转换等自然现象都可以通过进行分析和解释。
的应用还有很多，例如在环境保护和节能方面的应用。
人们通过控制能量的流动，在工业生产和生活中尽可能地减少对环境的污染和能源浪费。
通过的学习，我们可以了解到能量是如何在系统中被转移和转换的。
这个规律不仅存在于工程和实际应用中，也可以在物理实验中得到验证。
例如热传导实验可以用来验证。
总之，是热力学基本定律之一。
它描述了能量在系统中的变化和转移，对于理解能量转换和控制能量流动具有重要意义。
我们可以把应用于许多领域，包括工业生产、自然科学、环境保护和节能等方面。
热力学基础与第定律热力学基础与第一定律
1.4-2 可逆过程
一次（两次）压缩过程 环境对系统作的功 大于 一次（两次）膨胀过程 系统对环境作的功 原因：多作的功变成热传给了环境
对于准静态膨胀过程的逆过程：压缩可使系统 复原时，环境也同时恢复到原状。 这种能通过原来过程的反方向而使系统和环境 都同时复原，不留下任何痕迹的过程 称为 可 逆过程。
Kevin 1848年根据热机的Carnot定理首创
1 3 热力学第一定律 1.3
1.3-1 热力学能、热和功 热力学能：又称内能（U）是热力学系统内物质 所具有各种能量总和。包括系统一切形式的能 量（如分子平动、转动、振动能等)。但系统整 体动能及在外力场中位能不包括在内。 内能在一定状态下有一定数值（但其绝对值无 法确定）。 其变化只取决于始态、终态（不需要了解其绝 对值）。重要的是变化值 ΔU=Ub-Ua
z
系统的状态性质之间是相互关联的（某一性 质的变化会引起至少另外一个状态性质的变 化）。因而要确定一个系统的热力学状态， 并不需要知道所有的状态性质，而只需要确 定几个状态性质即可。 状态公理与物态方程 状态公理 与物态方程 在系统的性质中通常我们选择最易测定的典 型性质作为独立变量，而把其它性质表示成 这些独立变量的函数。如T= f ( P,V,n1,n2,…. ni)
1.1 热力学(thermodynamics)
研究宏观系统能量相互转换过程中的规律和科学。 18世纪以前，人们对热的认识是粗略和模糊的。 直至19世纪中叶才在实验的基础上建立 热力学第一定律（能量守恒）
焦耳（Joule，1818 1818-1889, 1889 英）1850年
热力学第二定律 开尔文 (Lord Kelvin， 1824 1824-1907，英)，1848 克劳修斯（Clausius，1822 1822-1888 ，德）1850
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。
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-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂x M y M y y x x M )(22尤拉关系式xy M y 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
热力学第一定律热力学是一门研究能量转化和传递的学科，而热力学第一定律则是热力学的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它揭示了能量在热力学系统中的转换和守恒规律，对于我们理解自然界的能量变化至关重要。
热力学第一定律的核心思想是能量守恒，即能量在热力学系统中不能被创造或消失，只能转换形式。
它可以用数学方程表示为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统所吸收或释放的热量，W是系统所做的功。
这个方程告诉我们，系统内的能量变化等于吸收或释放的热量与所做的功之差。
热力学第一定律最早由能量守恒定律推导而来。
根据能量守恒定律，一个封闭系统中的能量总量是不变的。
当系统与外界发生热交换或做功时，系统内的能量会发生变化。
热力学第一定律通过对能量转换和传递的研究，进一步深化了能量守恒定律的理解。
热力学第一定律的实际应用非常广泛。
在能源领域，热力学第一定律可以用来分析和优化能源转换过程。
举一个简单的例子，我们考虑一个蒸汽发电厂。
水在锅炉中受热变为蒸汽，蒸汽推动涡轮机转动，再通过发电机转化为电能。
这个过程中，热力学第一定律可以帮助我们确定热量的输入和输出，以及系统内能量的变化，从而评估发电厂的效率和能源利用。
热力学第一定律也在生物学中有着重要的应用。
生物体是一个开放的热力学系统，能量的输入和输出对于维持生命活动至关重要。
通过热力学第一定律我们可以了解生物体在代谢过程中能量的转换和利用。
这对于研究生物体的能量平衡、新陈代谢以及传热传质等生物热力学问题都具有重要意义。
除此之外，热力学第一定律还与工程、环境科学、地球科学等领域密切相关。
工程中的能量分析和系统优化、环境科学中的能源利用和环境污染控制、地球科学中的气候变化和能量平衡等问题都离不开热力学第一定律的支持。
总之，热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它揭示了能量在热力学系统中的转换和守恒规律。
无论是在科学研究中还是在实际应用中，热力学第一定律都发挥着重要作用。
01章(一)_化学热力学基础热力学第一定律.
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2018/12/22
体系分类
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2018/12/22
体系的性质
用宏观可测性质来描述体系的热力学状态， 故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的 量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。 强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的 数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质，如摩尔热容。
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2018/12/22
热力学能
热力学能（thermodynamic energy）以前 称为内能（internal energy）,它是指体系内部 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、电子能、核能以及各 种粒子之间的相互作用位能等。
热力学能是状态函数，用符号U表示， 它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值 （相对值）。
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2018/12/22
第一定律的文字表述
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能 量，却可以不断对外源源不断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。 历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失
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2018/12/22
1-1热力学第一定律
V2
A> 0 系统对外做功 A< 0 系统对外做负功
1）PV ） 图上曲 线下面 线下面 积表示 体积功 大小。 大小。 0
. P2V2
2） 功不 ） 是系统状 态的特征, 态的特征 而是过 而是过 的特征。 v 程的特征。 0
p
. P1V1
. P2V2
12
v
三、热量
系统通过热传递过程与外界交换能量的量度为热量 Q. Q > 0系统从外界吸收热量 ; 系统从外界吸收热量 热量与功一样是过程量。 热量与功一样是过程量。 Q < 0系统向外界放热 。 系统向外界放热
☻理想气体状态方程第二种形式
9
(8-2)例 若理想气体的体积为V 压强T 一个分子的质量为m 为玻尔兹曼常量， 度为T，一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量， 为普适气体常量， R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为 pV/m； （A） pV/m；
☻理想气体状态方程第一种形式 理想气体状态方程第一种 第一种形式
( )
p0Vm0 m pV =ν T =νRT = RT T0 M8
1.013×105 ×22.4×10−3 = = 8.31 J m ⋅K ol 273.15
理想气体状态方程
R 8.31 J /(mol• K)) ( −23 κ≡ = =1.38×10 J / K 23 NA 6.023×10 / mol
P
7
☻三、理想气体
物态方程
对一定的系统，在平衡态下，它的状态参量满足一定的关系， 对一定的系统，在平衡态下，它的状态参量满足一定的关系， 称为状态方程。 称为状态方程。
pV p0V0 = T T0 p0Vm,0 pV =ν T T0
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。
第01章-热力学基本定律1-资料
[例题]:
在等压下，一定量理想气体B由10 dm3膨胀到16 dm3，并吸热700J，求W与ΔU ? 解： 初态，p 10 dm3 等 压 过 Q 程 7 0J， 0终态， p 16 dm3
Wp(V2V 1)[10136215 03]J60J8
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3. 准静态过程
定义：在过程进行中的任何时刻系统都处于平衡态 的过程。
4. 可逆过程
定义：由一系列非常接近于平衡的状态所组成 的，中间每一步都可以向相反的方向进行而不在环 境中任何痕迹的过程称为可逆过程。
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特点： ①可逆过程是由一系列非常接近于平衡的状态所 组成. ②过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方 向到达。 ③经历可逆过程后，当系统复原时，环境也完全 复原而没有留下任何影响和痕迹。
1. 热力学第一定律表述： 热力学第一定律即能量守恒与转化定律：自然界 的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式， 能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总值保持不变。 经验表述：第一类永动机是造不成的。
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2. 热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W 对一微小表化，
例题：教材第10页
在298.15K 下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所 作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气 体）?
解： C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l)
WRT B(g)= [- (2 - 3.5 - 1)×8.314×298.15]J
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第一章 热力学基本定律
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 与内能、焓、功、热 1.3 气体系统典型过程分析 与可逆过程、热机效率 1.4 热力学第二定律与熵、熵判据 1.5 熵变的计算与应用：典型可逆过程和可逆途径的设计 1.6 自由能函数与自由能判据:普遍规律与具体条件的结合 1.7 封闭系统热力学函数间的关系:4个基本方程 1.8 自由能函数改变值的计算及应用:可逆途径的设计
第一节 热力学第一定律
第一节热力学第一定律
一、热力学第一定律
热力学第一定律又称“平衡状态原理”，又称“达到热平衡状态的原则”，是物理学家拉瓦锡和开普勒于19世纪50年代提出的一个基本定律。
它指出，只要一个热系统达到热平衡的状态，它的物理量必定满足某种定律。
该定律可以用如下的数学表达式表示：
U=Q-W
其中，U表示可用热量，Q表示向系统中输入的热量，W表示从系统中放出的热量。
热力学第一定律可以用来定义热力学系统的热平衡状态，以及实现这种状态所需要采取的步骤。
热力学第一定律可以用来研究物理热系统中的热量在系统中的流动情况，从而为热工程领域的设计提供参考。
由于热力学第一定律只阐述了关于热量的流动情况，因此它只能认为热平衡是否能达到由热量的流动情况来决定，而不能推断系统中物理量是否已经达到平衡状态。
对物理量的平衡情况，则必须依赖其他的定律，例如力学和物理化学等定律。
- 1 -。
热力学第一定律热量和功的关系
热力学第一定律热量和功的关系热力学是研究热现象和与之相关的物理性质和过程的学科。
它的基本定律之一就是热力学第一定律，它描述了热量和功之间的关系。
本文将深入探讨热力学第一定律中热量和功之间的关系，以及相关的物理原理和数学公式。
1. 热力学第一定律简介热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它表明在一个封闭系统内，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与所做的功的代数和。
换句话说，这个定律说明了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。
2. 热量的定义和计量热量是由于温度差引起的能量传递，是热力学研究的重要概念之一。
热量的单位是焦耳（J）或卡路里（cal），其中1焦耳等于4.18卡路里。
热量的计量通常使用热量计来进行，热量计利用物质在吸热或放热过程中温度的变化来测量热量的大小。
3. 功的定义和计量功是由于力对物体作用而引起的能量转化，也是热力学中的重要概念。
功的单位同样是焦耳（J）或卡路里（cal）。
计量功的方法有多种，常见的方法是通过力的大小和物体在力作用下移动的距离来计算。
功也可以是负值，负功表示物体对外界做功。
4. 热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律可以用数学表达式来表示。
对于一个封闭系统，其内能变化ΔU等于系统所吸收的热量Q与所做的功W的和，即ΔU = Q - W。
其中ΔU表示内能变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
5. 热量和功的正负关系根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功的正负关系决定着内能变化的正负。
当系统吸收热量时，Q为正，表示热量进入系统，此时内能增加。
而当系统释放热量时，Q为负，表示热量流出系统，此时内能减少。
同样地，当系统做功时，W为正，表示系统对外界做正功，内能减少；而当外界对系统做功时，W为负，表示系统对外界做负功，内能增加。
6. 热量和功的相互转化根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功可以互相转化。
第一章热力学第一定律课件
经验 总结总结 归纳提高 引出或定义出 解决的 能量效应(功与热) 过程的方向与限度 即有关能量守恒 和物质平衡的规律 物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律§1.1 热力学基本概念1.1.1 热力学的理论基础和研究方法 1、热力学理论基础热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。
⇨ 热力学四大定律：热力学第一定律——Mayer&Joule ：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)； 热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin ：过程进行的方向判据； 热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson ：解决物质熵的计算；热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T 1=T 2，T 2=T 3，则T 1= T 3。
2、热力学方法——状态函数法⇨ 热力学方法的特点：①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p 、V 、T etc ）②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
⇨ 局限性：不知道反应的机理、速率和微观性质。
只讲可能性，不讲现实性。
3、热力学研究內容热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。
热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。
1.1.2 热力学的基本概念生活实践 生产实践 科学实验 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 热力学第零定律 热力学理论基础 热力学能U 焓H 熵S 亥姆霍茨函数A 吉布斯函数G压力p 体积V 温度T 实验测得p ,V ,T 变化过程 相变化过程 化学变化过程1、系统与环境 ⇨ 系统（System ）：热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。
第01章--热力学基本定律--习题及答案
第一章 热力学基本定律习题及答案§ 1. 1 （P10）1.“任何系统无体积变化的过程就一定不做功。
”这句话对吗？为什么？解：不对。
体系和环境之间以功的形式交换的能量有多种，除体积功之外还有非体积功，如电功、表面功等。
2. “凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。
”这结论正确吗？举例说明。
答：“凡是系统的温度下降就一定放热给环境”不对：体系温度下降可使内能降低而不放热，但能量可以多种方式和环境交换，除传热以外，还可对外做功，例如，绝热容器中理想气体的膨胀过程，温度下降释放的能量，没有传给环境，而是转换为对外做的体积功。
“温度不变时则系统既不吸热也不放热”也不对：等温等压相变过程，温度不变，但需要吸热(或放热), 如P Ө、373.15K 下，水变成同温同压的水蒸气的汽化过程，温度不变，但需要吸热。
3. 在一绝热容器中，其中浸有电热丝，通电加热。
将不同对象看作系统，则上述加热过程的Q 或W 大于、小于还是等于零？（讲解时配以图示） 解：（1）以电热丝为系统：Q<0，W>0（2）以水为系统：Q>0，W=0（忽略水的体积变化） （3）以容器内所有物质为系统：Q=0，W>0（4）以容器内物质及一切有影响部分为系统：Q=0，W=0（视为孤立系统）4. 在等压的条件下，将1mol 理想气体加热使其温度升高1K ，试证明所做功的数值为R 。
解：理想气体等压过程：W = p(V -V ) = pV -PV = RT -RT = R(T -T ) = R5. 1mol 理想气体，初态体积为25dm , 温度为373.2K ，试计算分别通过下列四个不同过程，等温膨胀到终态体积100dm 时，系统对环境作的体积功。
（1）向真空膨胀。
（2）可逆膨胀。
（3）先在外压等于体积50 dm 时气体的平衡压力下，使气体膨胀到50 dm ，然后再在外压等于体积为100dm 时气体的平衡压力下，使气体膨胀到终态。
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。
热力学中的热力学第一定律
热力学中的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，热力学第一定律是热力学中的基本定律之一。
本文将对热力学第一定律进行详细解析，并探讨其在实际应用中的重要性。
第一节：热力学第一定律的定义与表述热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个孤立系统中，当系统发生能量转化时，能量的增加或减少等于系统所接受或放出的热量与功的总和。
它可以用以下数学表达式表示：∆U = Q - W其中，∆U代表系统内能量的变化，Q表示系统所吸收的热量，W 表示系统所做的功。
第二节：热力学第一定律的意义与应用热力学第一定律的意义在于揭示了能量在物理系统中的转化规律。
通过热力学第一定律，我们可以精确计算系统内能的变化，进而推导出系统的热力学性质。
在实际应用中，热力学第一定律被广泛用于工程热力学、能源系统分析、环境保护等领域。
通过热力学第一定律，我们可以优化能量转化过程，提高能源利用效率，减少能源浪费，实现可持续发展。
第三节：热力学第一定律的实例应用1. 蒸汽动力发电系统蒸汽动力发电系统是一种常见的能源转化系统。
根据热力学第一定律，我们可以计算蒸汽发电系统中的热量输入、功输出和内能变化。
通过优化系统参数，比如改善锅炉燃烧效率、提高汽轮机效率等，可以降低能源消耗，提高发电效率。
2. 汽车发动机汽车发动机是将燃料的热能转化为机械功的系统。
根据热力学第一定律，我们可以评估汽车发动机的燃烧效率，计算发动机的工作循环参数。
通过优化燃烧过程和热量回收等技术，可以提高汽车发动机的热效率，减少尾气排放。
第四节：热力学第一定律的局限性与扩展热力学第一定律虽然在大多数情况下都成立，但也存在一定的局限性。
比如，在非孤立系统中，如开放系统和闭合系统中，热力学第一定律需要结合质量流动和物质的化学反应等因素进行修正。
为了解决这些问题，热力学的扩展理论不断发展。
例如热力学第二定律，它和热力学第一定律一起组成了热力学的基本原理。
热力学第二定律描述了能量转化过程的方向性和限制性，进一步完善了热力学的体系。
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2020/12/12
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2020/12/12
热力学方法和局限性
•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。
例如，理想气体的状态方程可表示为：
pV nRT
对于多组分系统，系统的状态还与组成有关，如：
Tf(p,V,n1,n2, )
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2020/12/12
过程和途径
过程 (process) 在一定的环境条件下，系统发生了一个从始 态到终态的变化，称为系统发生了一个热力学过 程。
途径 (path) 从始态到终态的具体步骤称为途径。
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2020/12/12
热力学的基本内容
•研究宏观系统的热与其他形式能量之间的相互 转换关系及其转换过程中所遵循的规律；
•热力学共有四个基本定律：第零、第一、第二、 第三定律，都是人类经验的总结。第一、第二定 律是热力学的主要基础。
•化学热力学是用热力学基本原理研究化学现象 和相关的物理现象 •根据第一定律计算变化过程中的能量变化，根 据第二定律判断变化的方向和限度。
系统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁
存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡
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
化学平衡（chemical equilibrium ）
反应系统中各物的数量不再随时间而改变
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2020/12/12
体系的性质
用宏观性质来描述体系的热力学状态，故这些性质 又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties）
又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正 比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学 上是一次齐函数。
强度性质（intensive properties）
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2020/12/12
体系分类
（2）封闭体系（closed system） 体系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
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2020/12/12
体系分类
（3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故
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2020/12/12
状态方程（equation of state）
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程
对于一定量的单组分均匀系统，状态函数 p, V，T 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：
Tf(p,V) p f (T,V) V f (T, p)
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2020/12/12
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类
（以体系与环境之间能否交换能量或物质为依据）
（1）敞开体系（open system） 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
环境 有物质交换
敞开系统
有能量交换
经典热力学不研究敞开系统
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物理化学电子教案—第一章
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
UQW
有能量交换
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2020/12/12
热力学概论及基本概念
热力学的基本内容 热力学的方法和局限性 几个基本概念：
•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
状态函数（state function）
系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处 的状态，而与系统的历史无关；
它的变化值仅取决于系统的始态和终态，而 与变化的途径无关。
具有这种特性的物理量称为状态函数
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。
它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关 ，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐 函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩 尔热容，或两个容量性质相除得强度性质。
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2020/12/12
体系的性质
强 度 性 质 物 广 质 度 的 性 量 质 广 广 度 度 性 性 质 质 ( (1 2) )
又称为隔离体系。
环境 无物质交换
隔离系统(1)
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无能量交换
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2020/12/12
体系分类
（3）孤立体系（isolated system） 有时把封闭体系和体系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
孤立系统(2)
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无能量交换
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2020/12/12
m V
Vm
V n
U
m
U n
Sm
S n
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2020/12/12
热力学平衡态
当系统的诸性质不随时间而改变，则系统 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
热平衡（thermal equilibrium）
系统各部分温度相等
力学平衡（mechanical equilibrium）
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2020/12/12
体系与环境
体系（System）
简单而言，体系即研究之对象 。也就是为了研究问题的方便 ，我们常常用一个真实或想象 的界面把一部分物质或空间与 其余分开，这种被划定的研究 对象称为体系，亦称为物系或 系统。
环境（surroundings）
与系统密切相关、有相互作用或影响 所能及的部分称为环境。
•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。
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2020/12/12
热力学方法和局限性
局限性 不知道反应的机理和反应速率； 不研究系统的宏观性质与微观结构之间的关系；
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。