[理学]第四讲：热力学第一定律
热力学第一定律简述
热力学第一定律简述《热力学第一定律》是物理学中非常重要的一条定律，被称为“热力学三大定律”之一。
这一定律由德国物理学家弗里德里希蝴蝶（Friedrich Hermann von Helmholtz）提出，它宣称，任何动力学变化的改变都伴随着势能的变化，即动能的变化可以转换为热能。
由于势能变化和热能变化的相互关系，热力学得以成立。
热力学第一定律，也称为Helmholtz定律，其简单来说是：“在完全可定义的力学过程中，可以计算出全部热力学计算量，而这些热力学计算量完全相等。
”换句话说，在完全可定义的力学过程中，可以计算出所有变化的总能量。
这一定律表明，总能量在这一过程中是守恒的，它是描述热力学过程的基础。
热力学第一定律的由来也可以追溯到17世纪，时至今日它仍是物理学中最基础的原理之一。
英国物理学家叔本华（Isaac Newton）曾指出，他试图将物理学和化学联系起来，从而发展出动力学和热力学，他说：“能量是守恒的，但不是保持不变的”。
他的观点表明，能量守恒的概念形成了热力学的基础。
热力学第一定律的另一种表述是这样的：“在物理可定义的过程中，总能量不会减少或增加，因为能量是守恒的。
”这个定律有几个重要的含义：它意味着能量在物理过程中可以在形式上转换，但总量是不变的；它也意味着，在热力学过程中，能量在过程中只能转换，不能新增或减少。
热力学第一定律有其他重要的推论，例如热力学第二定律，它表明，生物体在维持热力平衡时，存在着温度差和能量流动，因此温度和熵也是能量守恒的载体。
它表明，动物体能量的改变本质上是由温度差引起的，这也是动物体维持生命的重要原理。
热力学第一定律的意义重大，它得到了广泛的应用，它对所有自然现象的解释都有着重要的作用。
它使热力学成为真正可用的工具，使得可以准确地预测物理系统的热力行为，从而为诸如热物理学、动力学等研究领域带来了重要的贡献。
热力学第一定律的发现使物理学的发展变得更加完整，为人类文明的发展做出了重要的贡献。
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。
热力学知识：介绍热力学第一定律
热力学知识：介绍热力学第一定律热力学是许多领域的基础知识，热力学第一定律是其中最基础的
定律之一。
热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，也被称作“能量守恒定律”，因为它表达了热力学中的能量守恒原则。
热力学第一定律可以用如下方式表述：“能量不能创造或者消失，在一个系统中，能量的总量是始终不变的，只能由一种形式转化为另
一种形式，如机械能，电能，热能等。
”
这个定律的实质是表明，在一个孤立系统中，系统的本质是能量
守恒的。
在一个孤立系统中，任何能量的转化都需要考虑所有能量形
式的变化和转化，比如机械能转化为热能的过程。
系统的总能量是守
恒的，无论是转化的内能、热能、电能，还是动能，都会守恒。
我们可以用一个简单的实例来解释这个定律：一杯水在微波炉里
被加热，水的温度开始上升。
这个过程中，微波炉所提供的能量转化
成了水的热能，这是一种能量的转化。
这个转化是基于热力学第一定
律的基本原理。
当涉及到孤立系统时，这个定律显得更为重要，一个孤立系统没
有外部能量的输入或输出。
在这种情况下，系统内部的能量无法创造
或消失，必须转化为其他形式。
我们的宇宙可以被视为一个孤立系统，其中所有事物的能量守恒。
总的来说，热力学第一定律是热力学最基础的定律之一，表达了
能量守恒原则，由于所有物理系统都需要符合这个原则，因此具有普
适性，而且是热力学或其他物理领域中所有基本原理和定律的基础。
物理化学热力学第一定律
物理化学热力学第一定律
热力学第一定律就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为△U=Q+W。
表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
该定律经过迈耳、焦耳等多位物理学家验证。
热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。
十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。
埃瓦特对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究，建立了定量联系。
[理学]第四讲：热力学第一定律
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于p(环)。
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3．恒容过程 ：系统状态发生变化时，系统的体积始终不变。
4．绝热过程(adiabatic process,adia.)：系统状态变化时与环境无热交换。
5．循环过程(cyclic process)：当系统由始态经历一系列具体途径后又
回到原来状态的过程。
循环过程的特点: 系统所有状态函数变化量均为零
但变化过程中，系统与环境交换的功与热却往往不为零。
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第二十四页，共116页。
例 1：等 T 过程：理气的等温膨胀过程
(298K, 5Pθ, 1dm3 ) 298K (298K, Pθ, 5dm3 )
2. 力平衡(mechanical equilibrium)：（无刚性壁时）系统内
各部分的压力相等，即处于力平衡。
3. 相平衡(phase equilibrium)：当系统不止一相时，达平衡后各
相的组成和数量不随时间而改变，即处于相平衡。
4. 化学平衡（chemical equilibrium）：有化学反应时，达
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§4-1 热力学概论
一. 概论 1. 热力学是物理学的一个分支 共有三条基本定律。第一定律能量转化过程
中的数量守恒；第二定律能量转化过程中进
行的方向和限度；第三定律低温下物质运动
状态，并为各种物质的热力学函数的计算提
供科学方法。 4 第四页，共116页。
2. 热力学应用于研究化学——化学热力学 把热力学中的基本原理用来研究化学现象
热力学第一定律(高中物理教学课件)完整版
2.应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则列出各已知量(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放热情况、 做功情况或内能变化情况
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＝Q，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13. （多选）如图是某喷水壶。未喷水时阀门闭合，压 下压杆可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄打开
阀门，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可
热力学第一定律
1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。
能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。
而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。
这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。
一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。
总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。
所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。
设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。
人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。
第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。
到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。
想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。
1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。
至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。
把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。
2．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。
它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
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。
热力学第一定律的定义
热力学第一定律的定义热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它描述了能量的守恒原理，即能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律的定义可以简洁地表达为“能量不灭，只能转化”。
热力学第一定律的提出可以追溯到19世纪初，由于工业革命的推动，人们对能量转化和利用的研究逐渐深入。
当时的科学家发现，热量和功都可以使物体发生变化，但它们之间似乎存在某种联系。
于是，热力学第一定律应运而生，成为研究能量转化和守恒的基础定律。
根据热力学第一定律，一个封闭系统内的能量变化等于系统所吸收的热量和对外做功的总和。
简单地说，热力学第一定律指出能量的净增量等于能量的输入减去输出。
这个定律适用于各种物理系统，无论是宏观的工业过程还是微观的分子运动。
热力学第一定律的应用范围非常广泛。
在日常生活中，我们可以通过这个定律来解释许多现象，比如汽车引擎的工作原理、风力发电机的发电过程等。
在工业生产中，热力学第一定律也扮演着重要的角色。
例如，热力发电厂利用燃煤或核能产生的热量转化为电能，而这个过程正是遵循热力学第一定律的原理。
除了能量守恒外，热力学第一定律还揭示了能量的转化方式。
根据定律，能量可以以热量的形式传递，也可以以功的形式传递。
热量的传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程，而功的传递则是指通过力对物体的作用使其发生位移或变形的过程。
这两种能量转化方式在热力学中具有重要意义，对于理解能量流动和转换机制至关重要。
总结起来，热力学第一定律的定义是能量守恒的基本原理，它告诉我们能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律适用于各种物理系统，无论是宏观的工业过程还是微观的分子运动。
通过热力学第一定律，我们可以解释和研究能量的转化和守恒，进一步推动科学技术的发展和应用。
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
热力学第一定律热力学是研究能量传递与转化规律的科学。
热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它揭示了能量守恒的基本原理。
本文将从理论基础、热力学第一定律的表达形式、应用领域等方面对热力学第一定律进行探讨。
一、理论基础热力学第一定律源于能量守恒定律，它表明能量在系统中不能创造也不能消失，只能从一种形式转换为另一种形式。
能量转化的过程可以表述为：当一个系统从一个状态变为另一个状态时，能量的变化可以分为两个部分，一部分是系统对外界做功，另一部分是热量的传递。
热力学第一定律通过提出能量不能创造也不能消失这一原理，揭示了能量守恒的基本规律。
二、热力学第一定律的表达形式热力学第一定律有多种表达形式，其中最常用的是内能变化等于吸收的热量与对外做功的和。
数学表达式为：ΔU = Q - W，其中ΔU代表内能的变化，Q代表吸收的热量，W代表对外做的功。
此表达形式说明了能量的变化可以通过对外界做功和吸收热量来实现。
三、应用领域热力学第一定律不仅在理论研究中有广泛应用，也在实际生活和工程领域中发挥着重要作用。
1. 能源转换：能源转换是热力学第一定律的重要应用之一。
通过热力学第一定律可以分析和评估各种能源转换过程中的能量损失和效率，从而指导工程实践和能源利用。
2. 热机效率：热力学第一定律可以用于评估热机的效率。
根据热力学第一定律，不可能实现以热池作为唯一供能来源而完全转化为功的热机，即卡诺定律。
3. 生态系统研究：热力学第一定律在生态学研究中也起着重要的作用。
通过对生态系统内能量的流动和转化进行分析，可以揭示生态系统的能量平衡原理和物质循环规律，为生态系统的保护和管理提供科学依据。
四、总结热力学第一定律是热力学研究的基础，它揭示了能量守恒的基本原理。
通过热力学第一定律的表达形式以及在能源转换、热机效率和生态系统研究等领域的应用，我们能更好地理解和利用能量转化和传递的规律。
热力学第一定律的研究对于推动科技进步、增强能源利用效率以及保护生态环境具有重要意义。
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的基本定律之一，它描述了热量和能量之间的关系。
本文将通过介绍热力学第一定律的原理和应用，探讨其在物理学和工程领域的重要性。
1. 热力学第一定律的原理热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的应用。
它表明，在一个封闭系统中，能量既不能被创建也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
具体而言，热力学第一定律可以表达为：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能量的变化，Q代表系统所吸收的热量，W代表系统所做的功。
根据这个公式，可以得出以下几个重要结论：(1) 热量传递：热力学第一定律表明热量可以在系统和外界之间传递。
当系统吸收热量时，系统内能量增加，而当系统释放热量时，系统内能量减少。
(2) 功的转化：热力学第一定律还说明了能量可以通过功的形式转化。
当系统对外界做功时，系统内能量减少；而当外界对系统做功时，系统内能量增加。
2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在物理学和工程领域有广泛的应用。
下面将重点介绍其在两个领域中的具体应用。
(1) 物理学中的应用在物理学中，热力学第一定律被用于解释和计算系统的能量转化过程。
例如，当我们研究理想气体的过程时，可以利用热力学第一定律来计算气体所做的功以及吸收的热量。
这有助于我们了解气体的性质和行为。
另外，热力学第一定律也可以推导出其他重要的热力学关系，如焓变和内能的关系。
这些关系对于理解和描述热力学系统的行为非常重要。
(2) 工程中的应用在工程领域，热力学第一定律被广泛应用于能源转换和能量利用过程的研究和设计。
例如，在汽车发动机中，热力学第一定律可以用来计算燃料的热值以及发动机的热效率。
这有助于提高发动机的能效和减少能源浪费。
此外，热力学第一定律还可以用于评估节能措施的效果。
通过分析系统的能量转化过程，可以确定哪些步骤存在能量损失，从而提出相应的改进方案。
总结：热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它描述了热量和能量之间的关系。
热力学第一定律守恒能量
热力学第一定律守恒能量热力学是研究能量转化和物质性质变化的学科。
热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它描述了能量在物质和系统中的转化过程。
本文将深入探讨热力学第一定律——守恒能量的原理和应用。
热力学第一定律可以简单地表述为能量守恒定律。
根据这个定律，能量可以从一个系统或物体转移到另一个系统或物体，但总能量的数量保持不变。
这意味着能量不能被创造或破坏，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，可以以多种形式存在，例如热能、电能、势能和动能等。
根据热力学第一定律，这些能量可以相互转化，但其总和保持不变。
在物理学中，热力学第一定律可以表示为以下方程式：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热能，W代表系统对外做功。
这个方程式可以简化为能量守恒的形式，即热能和功的总和等于内能的变化。
热力学第一定律的一个重要应用是对热机的分析。
热机是将热能转化为机械能的装置，例如汽车发动机和蒸汽轮机等。
根据热力学第一定律，热机工作时从热源吸热Q，同时对外做功W，因此内能变化ΔU为零。
根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，我们可以得出热机的效率公式：η = W / Q其中，η代表热机的效率，W代表热机对外做的功，Q代表热机从热源吸收的热能。
根据这个公式，我们可以计算热机对热源吸收的热能和产生的功的比值，从而评估热机的性能。
除了热机，热力学第一定律在其他领域中也有重要应用。
例如，它可以用于解释化学反应中的能量变化。
根据化学反应的热力学计算，我们可以预测反应的放热或吸热性质，并进一步评估反应的可行性。
此外，热力学第一定律还可以用于分析能量输运和传递的过程。
例如，在建筑工程中，我们可以使用热力学第一定律来计算热量在建筑物内部和外部的传递和损失，从而优化建筑的节能效果。
总之，热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，它描述了能量在物质和系统中的转化过程。
根据热力学第一定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的数量保持不变。
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
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。
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。
热力学第一定律主要内容有
热力学第一定律主要内容有热力学第一定律主要内容：能量守恒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。
它表明在一个封闭系统中，能量的总量是恒定的，能量既不会被创造也不会被毁灭，只会从一种形式转化为另一种形式。
根据热力学第一定律，能量可以以多种方式存在，包括内能、势能、动能等等。
这些能量形式之间可以相互转化，但其总量保持不变。
换句话说，能量可以从一个物体或系统转移到另一个物体或系统，但总能量不会发生改变。
在热力学中，内能是一个重要的概念。
内能是指物体或系统所具有的所有微观粒子的能量总和。
根据热力学第一定律，内能可以通过吸收或释放热量或做功而发生变化。
当物体或系统吸收热量时，内能会增加；当物体或系统释放热量时，内能会减少。
同样地，当物体或系统做功时，内能也会发生变化。
热力学第一定律还可以用来解释热力学过程中的能量转化。
例如，当一个物体从一个温度较高的环境中吸收热量时，它的内能会增加，同时物体的温度也会升高。
相反，当一个物体向一个温度较低的环境释放热量时，它的内能会减少，同时物体的温度也会降低。
在实际应用中，热力学第一定律在许多领域都起着重要的作用。
例如，在能源转换中，热力学第一定律可以用来分析能量的输入和输出，从而评估能源系统的效率。
在化学反应中，热力学第一定律可以用来研究反应的热效应，从而确定反应的放热或吸热性质。
热力学第一定律作为热力学的基本原理之一，描述了能量守恒的基本规律。
它指出能量在系统中的转化和传递过程中，总能量保持不变。
热力学第一定律的应用范围广泛，对于能源转换、化学反应等领域具有重要的意义。
通过研究和应用热力学第一定律，我们可以更好地理解和利用能量，推动科学技术的发展。
《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能量转化和守恒的奥秘中，热力学第一定律应运而生。
它就像是一把万能钥匙，为我们打开了理解热现象和能量转换的大门。
想象一下，我们的日常生活中充满了各种能量的转换。
比如，汽车燃烧汽油产生动力，电灯将电能转化为光能，甚至我们的身体通过消化食物将化学能转化为活动所需的能量。
在这些看似纷繁复杂的能量变化背后，是否存在着某种统一的规律呢？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简洁地表述为：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意义。
让我们来仔细拆解一下。
首先，“能量既不会凭空产生”意味着不存在无中生有的能量。
比如，你不能期望在一个封闭的系统中，突然就多出了一股能量来推动某个物体运动。
其次，“也不会凭空消失”表示能量不会莫名其妙地消失无踪。
如果一个物体的能量减少了，那么必然是转化成了其他形式的能量或者转移到了其他物体上。
“从一种形式转化为另一种形式”则涵盖了众多常见的能量转换过程。
比如，摩擦生热是机械能转化为内能；发电是机械能或热能转化为电能。
而“从一个物体转移到另一个物体”常见的例子有热传递，高温物体的热量会传递给低温物体。
三、热力学第一定律的数学表达式为了更精确地描述热力学第一定律，我们引入了数学表达式：ΔU＝ Q ＋ W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，表示系统吸收热量；Q 为负，表示系统放出热量。
当 W 为正，表示系统对外做功；W 为负，表示外界对系统做功。
例如，一个气体在绝热膨胀过程中，由于没有热量交换（Q ＝0），气体对外做功（W ＜ 0），根据热力学第一定律，气体的内能会减少（ΔU ＜ 0）。
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pV= nRT
(道尔顿)分压定律 (1801)
内容：总压力等于分压力之和。
p = p1+p2+…+pN = pi
注意：
——分压力(partial pressure) ：温度为 T时组分 i单独占据总 体积 V时所具有的压力。定义此压力为混合气体中i组分的 分压力（注意不同教材关于分压力有不同的定义）
2019/1/6 5
3. 典型事例，说明化学热力学的应用
a. 熔炉炼铁：Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
b. 人造金刚石： C（石墨）→C（金刚石） 由热力学知道 P>15000P° 时，才有可能；
今天已实现了这个转变（60000P°，1000℃， 催化剂）
二. 热力学研究方法的特点和局限性
2019/1/6 27
——分压定律是气体遵守IG定律的必然结果
p = nRT/V = n1RT/V+n2RT/V+…+nNRT/V =niRT/V = p1+p2+…+pN = pi
——分压定律的另一形式： yi——i组分的摩尔分数（mole fraction）（气体混合物的 摩尔分数常用yi表示，液体混合物的摩尔分数，则常用xi 表示）该式是分压定律的另一种形式。
可能有物质或能量交换）的有限部分物质。
说明：
——系统与环境之间可以有实际的界面，也可以没有实际的界 面。 例：一钢瓶氧气: ——研究其中全部气体：有界面（内壁）。 ——研究其中部分气体：只有想象的界面。 ——按系统与环境之间是否有能量交换与物质交换,可把系统分
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1． 隔离（孤立）系统(isolated system) ：与环境之间既
安
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学习要点：
吃透基本概念；特别注意条件。
最重要的基本概念：
状态函数；可逆过程
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§4.2 热力学基本概念及术语
4.2.1 系统与环境 定义：
——系统（体系，物系，system,sys.）：研究的对象； ——环境(surroundings,surr.) 系统之外，与系统密切相关（即
2． 封闭系统(closed system)：与环境之间只可能有能量交换而
无物质交换。（物化多用）
3． 敞开（开放）系统(open system)：与环境之间既有能量
交换，又有物质交换。
能量交换 隔离系统 封闭系统 敞开系统
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物质交换
11
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12
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但变化过程中，系统与环境交换的功与热却往往不为零。
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例 1：等 T 过程：理气的等温膨胀过程
(298K, 5P , 1dm )
θ 3
(298K, Pθ , 5dm3 )
298 K
例 2：等 P 过程：理气的等压膨胀过程 (298K, P , V1 ) (373K, P , V 2) 3)按不同变化分类
状态函数的特点：
——定态有定值（与其历史和达到该状态的历程无关）； ——其微分是全微分；如dp、dV、dT等； ——系统由始态1变化到末态2所引起状态函数的变化值
2019/1/6 17 仅与系统的始态、末态有关，与变化的具体历程无
状态函数的特征
状态一定，其值一定； 殊途同归，变化为等； 周而复始，变化为零； 相互联系，相互制约 单值函数，连续可微分 具有全微分性 。
基本数据计算包括相变和化学变化在内的各种过程的 rHm。
2019/1/6 2
§4.1 序言
物理化学（理论化学）的研究内容:
——结构化学（量子化学）; ——化学热力学； ——化学动力学。 热力学(thermodynamics)：研究能量相互转换过程中应遵循规律 的科学；应用于化学即为化学热力学。 ——特点： （1）研究对象的宏观性质，只适用于有极大量粒子的系统，不适 用于个别或少数粒子。 （2）没有时间概念，不考虑发生的原因以及所经过的历程。这些 都是热力学的优点，但同时也带来了它的局限性（不能解决速度 和机理问题）。 ——基础理论：第一、二、(三）定律。 ——应用：化学平衡、相平衡、电化学（大部分）、表面与胶体 2019/1/6 3 化学。
2019/1/6
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3．恒容过程 ：系统状态发生变化时，系统的体积始终不变。
4．绝热过程(adiabatic process,adia.)：系统状态变化时与环境无热
交换。
5．循环过程(cyclic process)：当系统由始态经历一系列具体途径
后又回到原来状态的过程。 循环过程的特点:
系统所有状态函数变化量均为零
达平衡后，系统的组成不随时间而改变，即处于化学平衡。
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4.2.5 过程与途径
定义 ：系统状态发生的任何变化皆称为过程(process)。实
现这一变化的具体步骤称为途径(path)。
常见的特定过程： 1．恒温过程：系统状态变化时，温度始终不变，且等于环境
温度的过程，T(系)= T (环)=常数。 （如仅是系统的始态温度等于终态温度且等于环境温度，但具 体变化过程中并非为常数，则此过程称等温过程。
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pi = y i p思考题1．“根源自分压定律： p pB
B
，压力具有加和性，因此压力
是广度性质”。这一结论正确否，为什么？
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4.2.6 热与功
1、热（heat） 定义
系统与环境之间存在温度差而引起的能量交换，以Q表示。
单位：J; or kJ 说明：
定义：描述（决定）系统状态的物理量。 分类： ——微观性质：分子的极性、偶极矩等（热力学不考虑）。 ——宏观性质：温度T、压力p、体积V、密度、粘度 、表面
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4.2.3
定义：
状态与状态函数
——状态：系统所有宏观性质的综和体现。
——状态函数：系统所有宏观性质皆为状态函数。
2019/1/6 30
2． 功(work) 定义 ： 除热之外，系统与与环境间以其它形式交换的能量均
称为功，以符号W表示。
单位： J; or kJ 说明：
W
——规定：系统得功，W为正；对环境作功，W为负。 ——功的本质：功是系统与环境间因粒子的有序运动而交换 的能量。 ——注意：功是途径函数，不是状态函数的变化量(增量) ，微 小过程的功用符号W表示。 ——功的类型：W=W（体）+W’ 体积功W（体）：由于系统体积变化而与环境交换的功； 非体积功W’：除体积功之外的功。例：电功、表面功。
2019/1/6 6
热力学研究方法的特点和局限性
1. 热力学方法的特点 研究大量粒子的宏观体系的宏观性质 之 间 的关系及变化规律， 不考虑微观粒子的微观结构 不涉及反应的速度和机理
2019/1/6
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2. 优点和局限性
1）热力学只研究体系的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的 结果；不考虑变化中的细节；不考虑 物质内部的结构因素 2） 不考虑时间因素 3）不考虑粒子的个别行为
§4-1 热力学概论 一. 概论 1. 热力学是物理学的一个分支
共有三条基本定律。第一定律能量转化过程 中的数量守恒；第二定律能量转化过程中进 行的方向和限度；第三定律低温下物质运动 状态，并为各种物质的热力学函数的计算提 供科学方法。
4
2. 热力学应用于研究化学——化学热力学
把热力学中的基本原理用来研究化学现象 及与化学有关的物理现象——化学热力学。 化学变化中的能量的转变，反应的热效应 ——热力学第一定律的应用。 化学变化的方向和限度——热力学第二定 律的应用。
θ θ
P
a)状态变化：组成，聚集态不变 b)相变化：组成不变，聚集态发生变化 c)化学变化：组成变，发生化学反应
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理想气体状态方程
在压力不太高和温度不太低时研究气体(gas)的体积、压力和温 度之间的关系，可以得到理想气体状态方程式：
（4.1） 式中p—压力（Pa），V—体积(m3)，n—物质的量(mol)，T—热 力学温度(K，T/K = 273.15+t / C )， R—摩尔气体常数(8.314J· mol -1· K-1)。 推论：物质的量n与质量m、摩尔质量M的关系为： n =m/M 故 结合密度的定义 = m/V 可得 =nM/V=pM/RT （4.2） 它反映了理想气体密度 随p、T变化的规律
第4章 热力学第一定律
本章要求
本章以能量守衡为基础，介绍热力学的基本概念。 本章学习的主要要求为： 1．初步了解热力学的研究方法及其特点，明确热力学第一定 律的实质并能应用于处理各种物理、化学过程。
2． 掌握 热力学基本概念：系统与环境，过程与途径，状态与 状态函数，可逆过程，功与热，热力学能，焓，平衡态，标准态， 反应进度等。
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体系 环境 界面 a CH3OH CH3OH（g） g-l 界面 （l） +空气+冰浴 （真实） 空气+甲醇气 b CH3OH
（g + l）
空气+冰浴
界面（虚构）
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2．在一个绝热容器中盛有水，水中浸有电热丝，通电加热，如将 下列不同对象看作是系统，则分别为何种系统： (1)以液态水为系统； (2)绝热箱中的所有水为系统； (3)以绝热箱中的所有水和电热丝为系统； (4)以绝热箱中的水、电热丝及外接电源为系统。
的各部分温度相等,即处于热平衡。
2. 力平衡(mechanical equilibrium)：（无刚性壁时）系
统内各部分的压力相等，即处于力平衡。