第八章 热力学第一定律54
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【教学目标】1．认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化。
2．进一步掌握能的转化规律。
3．运用公式△U＝W+Q分析有关问题并具体进行计算。
【教学重难点】热力第一定律。
【教学过程】一、复习导入物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化有什么规律？（由机械能的转化扩大到能量的转化）二、新课教学【投影】1．一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：①如果外界做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？②如果物体对外界做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？2．一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？②如果放出热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？【学生解答思考题】教师总结：一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少。
如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少。
【问】如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Q 及做的功W之间又有什么关系呢？【板书】ΔU=W+Q【介绍】该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律。
【投影】定律中各量的正、负号及含义物理量符号意义符号意义W+外界对物体做功－物体对外界做功Q+物体吸收热量－物体放出热量ΔU+内能增加－内能减少【投影】例题一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解：由题意知W=300J ΔU=-300J，根据热力学第一定律可得：Q=ΔU-W=-300J-300J=-600J Q为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。
第8-热力学第一定律
E = E(V,T)
理想气体内能： 理想气体内能： 理想气体的内能只与分子热运动 的动能有关， 的动能有关，是温度的单值函 数。
E = E(T)
改变系统内能的两种不同方法：
钻木取火 —— 通过做 功的方式将机械能转换 为物体的内能。
m Q = CV ,m (T2 −T ) V 1 M mi ∆E = R(T2 −T ) 1 M2
内能增量： 内能增量：
等体过程系统作功：
W =0
2
等压过程
p
Q
等压过程: 等压过程:气体在状态变 化过程中压强保持不变。 化过程中压强保持不变。
p = 恒量 ， dp = 0
等压过程的热力学第一定律: p po
po m Q =W = RT ln M p
po Q → = ln nRT p
500 − 2×8.31 273 ×
p = poe
Q − nRT
=1×e
= 0.90atm
PVo 1×44.8×10−3 −2 3 o V= = = 5×10 m P 0.90
不变， 各为多少？ （3）p不变，热量变为什么？氢的 ，V各为多少？ ） 不变 热量变为什么？氢的T 各为多少 Q = W+ ∆E，热量转变为功和内能 ，热量转变为功和内能
V1
V2
M
m PV2 = RT2 M
m W = R(T2 −T ) 1 M
等压过程系统的吸热： 等压过程系统的吸热：
m Qp = Cp,m (T2 −T ) 1 M
等压过程系统内能的增量： 等压过程系统内能的增量：
mi ∆E = R(T2 −T ) 1 M2
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 课件
(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。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能
量的总量保持不变。
2.意义
(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
第8章+热力学第一定律
热量
的基本概念
学习热力学的意义
1.掌握自然界的基本规律 热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：自然过程的方向 2.学习唯象的研究方法 以实验为基础的逻辑推理的研究方法 3.熵（S）的概念与“信息技术”密切相关 4.热能是重要的能源，也是维持生命的主要来 源。
本章目录
§ 8.1 功、热量、热力学第一定律 § 8.2 准静态过程的功 § 8.3 热容 § 8.4 绝热过程 § 8.5 循环过程 § 8.6 卡诺循环 § 8.7 致冷循环
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（简称“过程”）。 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡 态。 一系列非 始平衡态 末平衡态 平衡态 热力学中，为能利用平衡态的性质，引入 准静态过程的概念。
准静态过程： 系统的每一状态都无限接近于 平衡态的过程。即准静态过程是由一系列平衡 态组成的过程。 准静态过程是一个理想化的过程，是实际 过程的近似。
⎧5 = 1.67 (单 ) ⎪ 3 i R+ R i + 2 ⎪ 7 ⎪ 2 = ⎨ = 1.40 (双 ) = = 5 i i ⎪ R ⎪8 2 ⎪ 6 = 1.33 (多) ⎩
γ=
C p， m CV， m
热容量是可以实验测量的，γ 的理论值 可以与γ 的实验值比较 （见书P112 表3.1）。
准静态过程可以用过程曲线来表示：
p ( p1 ,V1) (p ,V ) O (p2 ,V2) V 一个点代表一个平衡态 过程曲线
改变系统状态的方法：1.作功 2.传热
热力学过程----作功 焦耳实验 温度上升 绝 热 壁 搅拌器
T1
T2
外界对系统作功使系统状态改变，根据能量 守恒定律,所作的功将以某种能量形式储存在 系统内，称这一能量为系统的内能。
热力学第一定律 课件
1．不同形式的能量之间可以相互转化． (1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机 械能，分子热运动对应内能等． (2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生 热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能 等．
2．能量守恒定律及意义． 各种不同形式的能之间相互转化时保持总量不变． 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更 普遍，是 19 世纪自然科学的三大发现之一．
2．判断是否做功的方法． 一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积 是否变化． (1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0； (2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.
【典例 2】 一定量的理想气体在某一过程中，从外 界吸收热量 2.5×104 J，气体对外界做功 1.0×104 J，则 该理想气体的( )
1．对热力学第一定律的理解． (1)对ΔU＝W＋Q 的理解：做功和热传递都可以改变 内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程， 那么外界对系统所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.
(2)对ΔU、Q、W 符号的规定． ①功 W：外界对系统做功，W>0，即 W 为正值； 系统对外界做功，W<0，即 W 为负值． ②热量 Q：系统吸热为正：Q>0； 系统放热为负：Q<0. ③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU 为正值； 系统内能减少，ΔU<0，即ΔU 为负值．
解析：根据太阳能的工作原理可知，太阳能热水器把 太阳能转化为内能，所以 A 正确；风力发电是通过电磁 感应将风能转化为电能，所以 B 正确；电风扇是将电能 转化为机械能，所以 C 正确；蜡烛燃烧是将化学能转化 为内能，所以 D 错误．本题选择错误的，故选 D.
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。
高中物理：第八章热力学定律
第八章热力学定律本章学习提要1．理解热力学第一定律，知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功及传热过程与外界交换的能量之间的关系。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
2．知道热力学第二定律的表述。
知道熵是描写系统无序程度的物理量。
热力学的两个基本定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的，这也是我们学习这两条基本定律应采取的方法。
人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。
热力学定律为更好地设计和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。
随着生产和科学实践的发展，人们逐步领悟到有效利用能源的意义，懂得遵循科学规律的重要性，从而更自觉地抵制违背科学规律的行为。
此外，以热力学定律为基础的现代热力学理论还广泛应用于物质结、凝聚态物理、低温物理、化学反应、生命现象、宇宙和恒星演化等领域，取得了巨大成就。
A 热力学第一定律一、学习要求理解热力学第一定律。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
关注热力学第一定律的建立过程，明白热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律，是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的自然界中的最基本、最普遍的定律之一，通过对热力学第一定律的学习，体会该定律在科学史上的重要地位，感受该定律对技术进步和社会发展的巨大作用。
二、要点辨析1．热力学第一定律的含义和表式热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律。
物质的内能是一种与物质内的大量构成粒子无序热运动有关的能量形式，物质系统（如汽缸中一定质量的气体）内能的变化是它与外界交换能量的结果，而这种能量的交换则可通过做功和热传递两种方式实现，热力学第一定律反映了系统内能的变化（ΔU）与它和外界交换的功（W）和热量（Q）之间的定量的关系：ΔU＝Q＋W。
2．应用热力学第一定律解题时，要注意各物理量正、负号的含义当热力学第一定律表示为ΔU ＝Q ＋W 时，ΔU 为正值，表示系统内能增加；负值表示系统内能减小。
热力学第一定律 课件
• 【答案】 B
【方法总结】
• 【答案】 C
• 【方法总结】 • 应用热力学第一定律解题的一般步骤： • (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负； • (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； • (3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做
功情况或内能增减情况．
•
热力学第一定律与气体的综合应用
•
一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若
在理想气体状态发生变化时，应用热力学第一定律的关
键是：
(1)理想气体的内能完全由温度来决定．
(2)注意应用理想气体状ຫໍສະໝຸດ 方程p1V1 T1＝
p2V2 T2
分析状态参量
的变化．
(3)理想气体状态变化时，体积变大，气体对外做功
W<0；体积变小，外界对气体做功W>0(自由膨胀例外)．且
在p-V图中，p-V图线下方的“面积”表示功的多少．如图
不计气泡内空气分子势能的变化)则( )
• A．气泡对外做功，内能不变，同时放热
• B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热
• C．气泡内能减少，同时放热
• D．气泡内能不变，不吸热也不放热
• 【解析】 气泡上升过程中，由于压强减小，体积增大， 故对外做功，缓慢上升指有时间发生热传递，可认为温度 是不变的．
• A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 • B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 • C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 • D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同
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。
热力学第一定律(高中物理教学课件)
二.热力学第一定律的应用
3. 气体状态变化的几种特殊情况：
①绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内 能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩） ②等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外 界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨 胀和等温压缩） ③等容过程：W＝0，则ΔU＝，气体不做功，系统内能 的变化只与热传递有关（分升温升压和降温降压） ④等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做 功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内 做功，气体放热
解：根据热力学第一定律：U W Q 2.5105 J 1.2105 J Q
Q 1.3105 J， 气体向外界放热1.3105 J的功
二.热力学第一定律的应用
1.判断气体是否做功的方法： 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0
例10. 如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好， 用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸 壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞 上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温 度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中（ A） A．气体对外界做功，吸收热量 B．气体温度降低，放出热量 C．气体压强逐渐减小， 内能减小
D.大气压力对水不作功， 水的内能增加
例12. （多选）如图所示，绝热的容器内密闭一定 质量的理想气体（不考虑分子间的作用力），用 电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升， 下列说法正确的是（ AD ） A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少 B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能 可能减少 C．电流对气体做功，气体又对外 做功，其内能可能不变 D．电流对气体做的功一定大于气 体对外做的功
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、二定律
二、能量守恒定律
内容：能量既不会凭空产生， 1、内容：能量既不会凭空产生，也不会凭 空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式， 空消失，它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， 或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或 转移的过程中其总量不变． 转移的过程中其总量不变．
热力学第一定律 能量守恒定律 热力学第二定律
思考：改变物体内能的方式有做功和热传递 两种，如果物体在跟外界同时发生做功和热 传递，内能的变化与热量Ｑ及做的功Ｗ之间 又有什么关系呢？
一、热力学第一定律
1、热力学第一定律的内容 ——物体内能的增量等于外界向它传递的热量与外 物体内能的增量等于外界向它传递的热量与外 界对它所做的功的和。 界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定 律。 2、热力学第一定律的表达式
2、能量守恒定律的意义： 、能量守恒定律的意义：
①能的转化和守恒定律是普遍的定律，是分析解决问题的重要 能的转化和守恒定律是普遍的定律， 能的转化和守恒定律是普遍的定律 的方法，能量守恒定律是认识自然 改造自然的有力武器。 能量守恒定律是认识自然、 的方法 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器。 ②能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭，即第 能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭， 能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭 一类永动机（不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器） 一类永动机（不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器）不可 能制成（原因：违背了能量守恒定律）。 能制成（原因：违背了能量守恒定律）。
两种表述是等价的。 2、两种表述是等价的。
3、热力学第二定律的意义： 热力学第二定律的意义：
——揭示了自然界中涉及热现象（即有大量分子参 揭示了自然界中涉及热现象（ 揭示了自然界中涉及热现象 的宏观过程的方向性， 与）的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定 律的一个重要自然规律。 律的一个重要自然规律。
热力学第一定律 课件
(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU； 解析 密封气体的压强 p＝p0－GS 密封气体对外做功W＝pS×0.1L 由热力学第一定律ΔU＝Q－W 得ΔU＝Q－0.1pபைடு நூலகம்SL＋0.1LG 答案 Q－0.1p0SL＋0.1LG
(2)最终的环境温度T. 解析 该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有 LTS0 ＝L＋0T.1LS 解得T＝1.1T0 答案 1.1T0
2.能量守恒定律及意义 各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保 持不变. 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍， 是19世纪自然科学的三大发现之一.
3.第一类永动机是不可能制成的 (1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一 类永动机.因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以 无一例外地归于失败. (2)永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积. 注意三种特殊过程的特点： 1.等温过程：内能不变，ΔU＝0 2.等容过程：体积不变，W＝0 3.绝热过程：Q＝0
例3 如图2所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质 量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活 塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物 体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0 图2 时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导 致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气 体吸收的热量为Q.求：
1.第一类永动机：人们把设想的不消耗 能量 的机器称为 第一类永动机. 2.第一类永动机由于违背了 能量守恒定律 ，所以不可能 制成.
例1 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J 的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空 气向外界传递的热量是多少？ 解析 选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一 定律有ΔU＝W＋Q. 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.
08热力学第一定律
对于一个无限小的过程，热力学第一定律可写成 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。 式中各量均为代数量，有正有负 该定律的另一种通俗表述是：第一类永动机是不 为正，放出热量则为负 系统吸收热量， 可能造成的。 或 或 为正，内能减少则为负 系统内能增加， 或 为正，外界对系统作功则为负 第一类永动机是指能不断对外作功而又不需消耗任何形式的能 系统对外作功，
等温压缩 放热量 绝热膨胀 过程方程
绝热压缩 过程方程
低温热源 两式对比 得
回顾循环效率和热机效率的普遍定义
卡诺循环效率
高温热源
高温热源温度 越高， 低温热源温度 越低， 卡诺循环效率就越大。
低温热源
回顾逆循环效率和致冷机致冷系数的普遍定义
卡诺逆循环致冷
高温热源
致冷系数随着被致冷物体的温度变化 而变化。被致冷物体的温度 越低， 则卡诺逆循环的致冷系数越小。
活塞面积
功
气体系统体积变化过程 所作的功（体积功）
气体压强
元功
气体膨胀 气体被压缩 系统对外作正功 系统对外作负功
体积从
变到
系统作的功
沿acb过程的功
沿adb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。
与 过 程 有 关
热量是系统与外界仅由于 热量 温度不同而传递的能量。 系统由温度 变到温度 的过程中所吸收的热量
对外作的净功
循环过程
则
净
循环效率
热机的循环效率
工质对外作的净功 工质从高温热源吸收的热量
致冷机的致冷系数
工质从低温热源吸收的热量 外界对工质作的净功
卡诺循环
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对理想气体工质：
等温过程
V2 1→2： Q1 A1 RT1 ln 等温 V1 V3 过程 3→4： | Q2 || A2 | RT2 ln V4
V3 T2 ln | Q2 | V4 c 1 1 V2 Q1 T1 ln V1
1 2
绝热 2→3： T1V
过程 4→1： T1V
(Cyclical process)
循环过程：系统经历一系列的变化过程又回到 初始状态的过程。 特征：经历一个循环过程后，内能不变。 Q1=Q
一般从高温热库吸热Q1,对 外做净功A，向低温热库 放热Q2（只是表示数值） 工质
A
32
Q2
热学
abc为膨胀过程：Aa
cda为压缩过程：-Ab
净功：
A净 Aa Ab
解：
paVa pcVc Ta Tc
0
3 V(l)
E 0
Q E A 405.2 J
§8.3 热容
dQ C dT
(Heat
capacity)
单位：J/(mol·K) 单位：J/(kg·K)
摩尔热容 Cm ， 比热容 c ，
C与过程有关
定压热容 ： 定容热容 ：
例：1 mol理想气体从p－V图上初态a分别经历如 图所示的(1) 或(2)过程到达末态b．已知Ta <Tb ，则这两过程中气体吸收的热量Q1和Q2的关系 是
（A）Q1> Q2>0．
（B）Q2> Q1>0．
p (1) b O (2) V
（C）Q2< Q1<0．
（D）Q1< Q2<0． （E）Q1= Q2>0．
过程无限缓慢 非平衡态到平衡态的过渡时间， 即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如果 实际压缩一次所用时间为 1 秒， 就可以说 是准静态过程。
u
4
热学
状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故 准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图（或 P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。
等温过程
P
例：如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积 V2分别经历的过程是：A→B等压过程，A→C等温过程； A→D绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A) 是A→B. (C)是A→D. (B)是A→C.
(D)既是A→B也是A→C, 两过程吸热一样多。
p A B C D V O
［
A
］
§8.5 循环过程
§8.4 绝热过程
(Adiabatic process )
理想气体准静态绝热过程
dQ dE dA CV ,m dT PdV 0
PV RT
PdV VdP RdT
dP dV 0 P V
PV const .
泊松公式
TV
27
1
const .
等容过程
等压过程
循环过程
V o 5
热学
§8.1 功、热量、热பைடு நூலகம்学第一定律
(Work、Heat、 Internal energy)
做功可以改变系统的状态
摩擦升温（机械功）、电加热（电功）等
摩擦功： 电功：
dA f r dl
dA IUdt Udq
6
热学
P
p
S
0
1 2 W
dl
准静态过程气体 对外界做功： 总功：
结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功 在数值上等于p-V图上循环曲线所包围的面积。
循环过程的分类：
正循环：在p-V图上循环过程按顺时针进行
逆循环：在p-V图上循环过程按逆时针进行
热机：工作物质作正循环的机器
致冷机：工作物质作逆循环的机器
循环过程的热力学第一定律： 热机效率：
(efficiency)
a
［
A
］
例：一定量的理想气体，由状态a经b到达c（图中 abc为一直线），求此过程中：
（1）气体对外作的功；
（2）气体内能的增量；
（ 3）气体吸收的热量。
3
p(atm) a b c 1 2
1 2 A (1 3) 2 1 5 3 1.013 10 2 10 405.2 J
(C) –400 J．
(D) 700 J．
p (×105 Pa) a c 1 e O 1 b 4 V (×103 m3) d
4
［ B ］
§8.6 卡诺循环 （Carnot cycle）
卡诺（Carnot ，法国人，1796 1832）
在19世纪上半叶，人们从理论上 研究如何提高热机效率。1824年，法 国青年工程师卡诺，提出了一种理想 热机。这种热机的工质只与两个恒温 热源交换能量，并且不存在散热、漏 气和摩擦等因素，称为卡诺机，其循 环称为卡诺循环。
现 代 火 力 发 电 厂 结 构 示 意 图
第八章 热力学第一定律
(The first law of thermodynamics)
第八章 热力学第一定律
§ 8.1 功、热量、热力学第一定律 § 8.2 准静态过程 § 8.3 热容 § 8.4 绝热过程 § 8.5 循环过程 § 8.6 卡诺循环 § 8.7 致冷循环
P T const .
1
热学
p
1 等温 绝热
绝热线比等温线陡，因为： p = nkT
等温膨胀（E不变）
2
V n p p2 > p2 p
O
V2
绝热膨胀 2′ V n
V
ET
V2
绝热功 A
p dV
V1
V1
1 p1V1 [ p1V1 p2V2 ] dV 1 V
CV , m i R 2
i dE RdT CV ,m dT 2
2i i
CP ,m
2i R 2
用γ值和实验比较，常温下符合很好，多原子分子气体则较 差。见教材p112 表3.1； CP,m/R
4.5
氢气
3.5
2.5
50
270
5000
T(K)
经典理论有缺陷，需量子理论
等体过程
积分与过程有关
做功、热传递---系统状态改变 ---内能改变，即内能是状态量
i E RT 2
内能的变化：
E12 1 dE E2 E1
2
理想气体 ：
只与初、末态有关， 与过程无关。
热力学第一定律
(The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A， 系统内能从 E1变为 E2，则由能量守恒：
卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组 成 。其工质是理想气体。
39
热学
高温热库T1 Q1 工质 |Q2|
p
1 Q1 2 等温线 T1 绝热线 4 A |Q2| 3 T2 V1 V4 V2 V3 V
A
低温热库T2
热机循环示意图
0
1—2：使气缸和温度为T1的高温热库接触，气体做等温膨胀， 体积由V1变化到V2 2—3：将气缸从高温热库移开，气体做绝热膨胀，体积由V2 变化到V3，温度变降为T2 3—4：使气缸和温度为T2的低温热库接触，等温压缩气体， 体积由V3变化到V4 4—1：将气缸从低温热库移开，绝热压缩气体，状态恢复 到起始状态1
§8.2 准静态过程
系统状态的变化就是过程
(Quasi-static process)
过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。
始平衡态
←快
一系列非 平衡态
末平衡态
←缓慢
3
非平衡态
热学
接近平衡态
准静态过程： 状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过
程中的每一个中间状态都近似于平衡态。
举例1：外界对系统做功
Q ( E2 E1 ) A
Q表示系统吸收的热量，A表示系统对外所作的功， E表示系统内能的增量。 假如系统状态经历一个微小变化,则:
dQ = dE+ dA
11
热学
符号规定：
1、系统吸收热量Q为正，系统放热Q为负。
2、系统对外作功A为正，外界对系统作功A为负。
3、系统内能增加E为正，系统内能减少E为负。
Q1 Q2 A
A Q2 1 Q1 Q1
在一次循环过程中，工作物质对外作的净功与它从高温热源吸收的热量之比
实例：火力发电厂的热力循环
汽轮机
锅炉
A1 电力输出
Q1
冷凝器 水泵 A2
Q2
传送带 锅炉
空气
烟筒
碾磨机
喷射给水器
除尘器 涡轮 水泵 发电机 水管 冷凝塔
现 代 火 力 发 电 厂 结 构 示 意 图
CV ,m
i R 2
2
定压过程
（dQ） dE PdV P
C P，m 1 dE P dV dT dT P
所以
C P ,m
i R R 2
CP ,m CV ,m R
比热容比 γ
迈耶公式
cp cv
C P ,m CV ,m
R 1 CV ,m
②功与热量：
根据热力学第一定律，有
即在等温过程中，理想气体吸收的热量全部用来对外做功。 当系统内理想气体从初态( p1 ，v1 ，T )等温变化到末态 ( p2，v 2 ，T )时，气体吸热做功为：
等压过程 1．过程特征：系统内气体压强保持不变，即dp ＝0，p = 常量 2．过程方程：V/T =恒量 初态与末态的状态参量关系有 在p-V 图上等压过程曲线为平行横轴（V 轴）的直线段。