热力学第一定律和循环讲解
热力学第一定律,卡诺(Carnot)循环
高温热源T 高温热源 h
Qh
热机
︱W ︱
Qc
低温热源T 低温热源 c
热机工作原理图
2.热机的效率： 热机作功与获取能量之比
W Qh + Qc η =− = Qh Qh
Qh----从外界获取的热量 从外界获取的热量 Qc----对环境放热 对环境放热
二.卡诺热机 卡诺热机
• 卡诺(Carnet): 法国工程师, 于1824年发表 卡诺(Carnet): 法国工程师, 1824年发表 关于火的动力之见解》一书, 了《关于火的动力之见解》一书, 书中介绍了 一种在两个热源间工作的可逆热机, 一种在两个热源间工作的可逆热机, 即卡诺热 机, 并提出卡诺热机的效率最大, 此效率与工 并提出卡诺热机的效率最大, 作物质无关, 只与两热源的温度有关, 作物质无关, 只与两热源的温度有关, 此书的 基本结论即为卡诺定理. 基本结论即为卡诺定理.
nRTh ln
根据绝热可逆过程方程式 过程2： ThV2γ −1 = TcV3γ −1 过程4： ThV1γ −1 = TcV4γ −1
V2 V3 = 相除得 V1 V4
所以
V2 V4 W1 + W3 = −nRTh ln − nRTc ln V1 V3
V1 = nR(Th − Tc )ln V2
(4)若Tc=Th，则 η =0，即单一热源的热机不工作。 若 ，即单一热源的热机不工作。 理论上: 理论上 (T→0K)
(5)热机的效率永远小于 故热不可能完全变为功 热机的效率永远小于1, 故热不可能完全变为功. 热机的效率永远小于
(6) 卡诺热机的热温商之和为零
Qh Qc + =0 Th Tc
A(p1 , V1 , Th )
热力学第一定律
例4.3 P.183
已知T1 =300 K, p2/p1 =10和p2 /p1 =100，则T=?
m x x=0(平衡位置)
例4.4 P.184
Q是系统所吸收的能量，W是外界对系统所
U2U1QW作的功
d U d Q d或 W d Q d U pd V
热力学第一定律12
一、定体热容与内能
定体比热容cv ，定压比热容cp
p
b
d
定体摩尔热容Cv,m, 定压摩尔热容 Cp,m
c
a
e
等体过程a—b, dV=0
T+dT
T
(ΔQ)v = ΔU
0 V
c V lT i0( m m Q T )V lT i0 (m T u)V ( T u)V
三、可逆与不可逆过程
系统从初态出发经历某一过程变到末态，若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程（这时系统回到 初态，对外界也不产生任何影响），则原过程是可逆的。若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过程， 则原过程是不可逆的。
例如：气体向真空自由膨胀就是一个不可逆过 程。
判断条件
真空
•系统回到初态 •对外界也不产生任何影响
一、理想气体内能
热力学第一定律12 1、自由膨胀过程
C
A
B
焦耳实验 理想气体宏观特性：
U1 (T1 ,V 1) =U2 (T2 ,V2)=常量
证明：理想气体内能仅是状态的函数，与体积 无关，称为焦耳定律
满足pV=νRT关系；满足道尔顿分压定律； 满足阿伏加德罗定律；满足焦耳定律U=U(T)。
《热力学第一定律》 讲义
《热力学第一定律》讲义在我们探索物理世界的奥秘时，热力学定律无疑是重要的基石之一。
今天，咱们就来好好聊聊热力学第一定律。
首先，咱们得弄清楚什么是热力学第一定律。
简单来说，热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热现象中的应用。
它表明，在一个与外界没有物质和能量交换的孤立系统中，能量的形式可以相互转换，但能量的总量始终保持不变。
那为什么这个定律如此重要呢？想象一下，如果能量可以凭空产生或者消失，那这个世界岂不是乱套了？所以，热力学第一定律为我们理解和研究各种热现象提供了一个基本的准则。
为了更深入地理解这个定律，咱们来看看它的数学表达式。
一般来说，热力学第一定律可以表示为：ΔU ＝ Q ＋ W 。
这里的ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，而 W 表示系统对外界所做的功或者外界对系统所做的功。
咱们先来说说内能。
内能是系统内部微观粒子热运动的动能和势能的总和。
比如说，一个气体系统，它的内能就包括气体分子的平动、转动和振动的动能，以及分子间相互作用的势能。
内能是一个状态量，只取决于系统的状态，而与系统的变化过程无关。
再说说热量 Q 。
热量是由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。
当系统从外界吸收热量时，Q 为正值；当系统向外界放出热量时，Q为负值。
然后是功 W 。
功是系统与外界之间通过宏观的机械运动传递的能量。
当外界对系统做功时，W 为正值；当系统对外界做功时，W 为负值。
举个例子来帮助大家理解。
假设我们有一个绝热的容器，里面有一个被压缩的弹簧和一个活塞。
当我们松开活塞，弹簧推动活塞向外运动。
在这个过程中，系统没有与外界进行热交换，也就是 Q ＝ 0 。
但是弹簧的势能转化为了活塞的动能，系统对外做功，W 为负值。
同时，系统的内能减少，ΔU 为负值。
这就很好地体现了热力学第一定律，虽然能量的形式发生了变化，但总量不变。
热力学第一定律在实际生活中的应用那可真是无处不在。
比如汽车的发动机，燃料燃烧产生的能量一部分转化为机械能推动汽车前进，另一部分则以热能的形式散失到环境中。
《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。
热力学第一定律总结
热力学第一定律总结这个定律的意义在于，系统中的能量可能从一种形式转化为另一种形式，但总的能量量不变。
这是个基本的能量守恒原理。
在这个表达式中，正数的变化量表示系统向外部传递能量，负数的变化量表示能量从外部传递到系统内部。
通过热力学第一定律，我们可以计算系统内能的变化，了解能量转化的过程。
以下是热力学第一定律的一些重要概念和应用：1.内能：内能是一个系统的能量总量，包括系统的热能和势能。
内能的变化可以通过热力学第一定律进行计算，可以用来分析系统的能量转化和传递过程。
2.热量：热量是能量的一种形式，存在于物体的热运动中。
热量通过传导、辐射和对流等方式在系统中传递。
热量的传递会导致系统内能的变化，从而影响系统的温度和热力学性质。
3.功：功是指物体受到外力作用而移动的能量转化形式。
除了力对物体施加的机械功，还有压力对体积产生的体积功，电场对电荷做的电功等等。
功可以是正的，也可以是负的，取决于能量是从系统内部流出还是流入。
4.热效率：热效率是衡量一个能量转化过程的效率的指标。
通过计算输入和输出的能量量，热效率可以判断一个过程的能量损失情况。
热工业中，提高热效率对于节约能源和保护环境非常重要。
5.热力学循环：热力学循环是指一个系统在不同温度下进行的一系列热力学过程，最终回到初始状态的过程。
根据热力学第一定律，一个热力学循环的总内能变化为零，这是因为系统回到初始状态时，其内能不变。
6.工程应用：热力学第一定律的理论可应用于工程实践中，例如燃烧过程、汽车引擎、电力发电和制冷等。
通过热力学第一定律的分析，可以确定能量转化的效果和系统的工作原理，从而提高工程设计的效率和可靠性。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒定律，描述了能量在系统中的转化和传递过程。
它是热力学中最基本的定律之一，对于能量问题的研究和解决具有重大的意义。
通过对热力学第一定律的深入理解和应用，可以分析能量转化的过程、计算系统的内能变化，为工程设计和能源管理等领域提供指导和改进的方向。
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。
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。
大学物理第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律
B C AD
氮气 氦气
35
B C AD
氮气 氦气
解： 取（A+B）两部分的气体为研究系统， 在外界压缩A部分气体、作功为A的过程 中，系统与外界交换的热量 Q 0
Q E ( A) 0
36
B
氮气
C
AD
氦气
系统内能的变化为
E E A E B
5 E B RTB 2
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状态不 变，无功、热可言。
9
五、热力学第一定律
1. 数学表式 ★ 积分形式 ★ 微分形式
Q E A
dQ dE dA
10
2. 热力学第一定律的物理意义 （1）外界对系统所传递的热量 Q , 一部分用于 系统对外作功，一部分使系统内能增加。 （2）热一律是包括热现象在内的能量转换和守恒 定律。
m i E RT M2
m i i m E RT R T末 T初） （ M2 2M
i dE RdT 2
8
注意 ：
10 作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。 （要提高一杯水的温度，可加热，也可搅拌）
20 国际单位制中，功、热、内能单位都是焦耳（J）。 （1卡 = 4.18 焦耳) 30 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热本身不 是内能。
绝热线
斜 率
PV C1
dP K 绝热 dV
P V
26
K 绝热 同一点 P0，V0，T0 斜率之比 （ ） K 等温
P0 K绝热 V0 P0 K等温 V0
P
a
等温
结论：绝热线比等温线陡峭
《热力学第一定律》 讲义
《热力学第一定律》讲义在我们探索自然世界的奥秘时，热力学定律无疑是极为重要的基石。
而其中的热力学第一定律，更是为我们理解能量的转化和守恒提供了关键的理论依据。
那什么是热力学第一定律呢？简单来说，它表明了能量在转化和传递过程中，总量是保持不变的。
这就好像我们拥有一笔固定的财富，无论我们如何分配和使用它，这笔财富的总量始终不变。
为了更深入地理解热力学第一定律，我们先来了解一下能量的形式。
能量有多种表现形式，比如常见的热能、机械能、电能、化学能等等。
热能是由于物体内部分子的热运动而具有的能量；机械能则包括动能和势能，像物体的运动就具有动能，而被举高的物体具有重力势能；电能是电荷的运动所产生的能量；化学能则存在于物质的化学键中。
当一个系统发生变化时，比如一个热机在工作，它会涉及到能量的输入和输出。
假设这个热机从高温热源吸收了一定的热量 Q，同时对外做功 W，自身的内能也发生了变化，用ΔU 表示。
那么热力学第一定律就可以表示为：Q ＝ΔU ＋ W 。
这意味着什么呢？吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分则用于对外做功。
如果系统没有对外做功，那么吸收的热量就全部转化为内能的增加；反之，如果系统对外做了很多功，那么内能的增加就会相对较少。
举个例子，汽车的发动机就是一个很好的说明。
燃料燃烧产生的热量一部分转化为汽车前进的机械能，也就是对外做功，另一部分则以热能的形式散发出去，导致发动机温度升高，这就是内能的增加。
再来看一个日常生活中的例子，比如我们用电水壶烧水。
电能输入到水壶中，一部分转化为水的内能，使水温升高，另一部分则以热的形式散失到周围环境中。
热力学第一定律在实际应用中有着广泛的用途。
在能源领域，它帮助我们评估各种能源转换过程的效率。
比如在发电厂中，我们希望尽可能提高燃料燃烧产生的能量转化为电能的比例，减少能量的浪费。
通过对热力学第一定律的应用，工程师们可以分析和改进能源转换系统，以提高能源的利用效率。
热力学第一定律知识点总结
热力学第一定律知识点总结热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学中最基本也最重要的定律之一。
它描述了能量的守恒原理，即能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
本文将对热力学第一定律的几个核心知识点进行总结，帮助读者理解和应用这一重要定律。
1. 能量守恒定律热力学第一定律是基于能量守恒定律的原理，它表明能量在系统中的总量守恒。
能量可以以多种形式存在，包括热能、机械能、化学能等。
根据第一定律，能量从一个系统转移到另一个系统时，总能量保持不变。
2. 内能和热量内能是物质系统所具有的能量总量，包括分子间势能和分子内能量。
内能可以通过热量的传递进行改变。
热量是指能量由高温物体传递到低温物体的过程，它可以增加或减少系统的内能。
3. 等内能过程等内能过程是指系统的内能保持不变的过程。
在等内能过程中，系统可能发生其他形式的能量转化，比如从热能到机械能的转化。
根据热力学第一定律，等内能过程中输入和输出的能量必须相等。
4. 功和能量转化功是指力对物体施加的作用导致物体发生移动的过程中所做的能量转化。
功可以改变系统的内能，从而遵循热力学第一定律的原则。
例如，当气体在容器中膨胀时，外界对气体所做的功会增加气体的内能。
5. 热容和热容量热容是指物体吸收单位热量时温度的变化量。
热容量是指物体吸收或释放的热量与温度变化之间的关系。
热容和热容量可以用来量化系统对热量的响应以及系统内能的变化。
6. 等压和等体过程等压过程是指物体在恒定压力下发生的过程，例如，蒸汽锅炉中水的加热过程。
在等压过程中，系统的内能改变等于输入或输出的热量减去所做的功。
同样地，等体过程是指物体的体积保持不变的过程。
总结：热力学第一定律是热力学中的核心原理，它描述了能量的守恒以及能量在系统中的转化。
通过理解和应用热力学第一定律，我们能够分析和解释能量的转移过程，进而更好地理解和掌握热力学的基本概念和定律。
在实际应用中，热力学第一定律也为工程领域提供了重要的理论基础，例如在能源利用和转化、热机工作原理等方面发挥着关键作用。
热学中的热力学第一定律与第二定律知识点总结
热学中的热力学第一定律与第二定律知识点总结热学是物理学中的一个重要分支，它研究的是热量的传递与能量的转化规律。
在热学中，热力学是一个核心概念，其中第一定律和第二定律是热力学的基本原理。
本文将对热学中的热力学第一定律和第二定律的知识点进行总结。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称作能量守恒定律，是热学中最基本的定律之一。
它表明在一个封闭系统中，能量的增加等于系统对外界做功与接受热量的总和。
1. 系统能量的变化根据热力学第一定律，系统的能量变化可以表示为：△U = Q - W其中，△U表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外界做的功。
2. 热力学过程中的能量转化在热力学过程中，能量可以以热量的形式传递或以功的形式进行转化。
根据热力学第一定律，系统对外界所做的功等于系统由外界吸收的热量减去系统内能的增加。
3. 等温过程和绝热过程等温过程是指系统和外界保持恒温的过程，这时系统内能的增加等于系统吸收的热量。
绝热过程是指系统与外界不进行任何热量的交换，这时系统对外界所做的功等于系统内能的增加。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热学中另一个重要的定律，它表明热量自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自发地由低温物体转移到高温物体。
1. 热量传递的方向根据热力学第二定律，热量只能由高温物体传递到低温物体，不会自发地由低温物体传递到高温物体。
这是因为热量自然地流动，而自然地流动的方式是从高温到低温。
2. 热力学过程的不可逆性根据热力学第二定律，热力学过程具有一定的不可逆性，即热量不可能完全转化为功而不产生其他形式的能量损失。
这是因为热量传递的过程中会有一定的熵增加，从而导致能量转化的不可逆性。
3. 热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种不同的表述方式，其中最常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述强调了不可逆性的存在，开尔文表述则强调了热量流动的方向性。
热力学中的热力循环
热力学中的热力循环热力学是描述能量转换和传递的自然科学学科。
在热力学中，热力循环是一种能够将热能转化为功的过程，它在各种工业和日常应用中广泛使用。
本文将介绍热力学中的热力循环的基本原理和几种常见的循环过程。
一、热力学基本原理在热力学中，有三个基本原理，即热力学第一定律、第二定律和第三定律。
热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量在系统内外的转移和转换只发生在形式上，能量的总量保持不变。
热力学第一定律可以表示为：$$\Delta U = Q - W$$其中，$\Delta U$表示系统内能的变化，$Q$表示系统吸收的热量，$W$表示系统对外界做的功。
热力学第二定律是一个能量转化方向性的规律，它表明自然界中所有能量转化过程都会伴随着一部分能量的不可逆损失。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
热力学第三定律是关于物质温度的性质，它表明当温度趋近于绝对零度时，物质的熵趋于一个确定的常数。
二、热力循环的基本概念热力循环是一种能够将热能转化为功的过程。
在热力循环中，工作物质通过吸热和放热的过程，完成对外界做功的过程。
一个完整的热力循环通常包含四个过程，即吸热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
吸热过程和放热过程通过热交换来实现，膨胀过程和压缩过程通过对工作物质施加或减小外力来实现。
热力循环可以用$P-V$图和$T-S$图来表示。
在$P-V$图中，横轴表示体积，纵轴表示压强，一个完成循环的过程呈现为一个闭合曲线。
在$T-S$图中，横轴表示熵，纵轴表示温度，一个完成循环的过程呈现为一个闭合曲线。
三、常见的热力循环过程1. 卡诺循环（Carnot Cycle）卡诺循环是热力学中最理想的热力循环过程。
它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环在理论上实现了最高效率的热能转化。
在卡诺循环中，工作物质从低温状况下吸收热量，经过膨胀和压缩过程后，将热量释放到高温环境中。
卡诺循环的效率可以由以下公式表示：$$\eta = 1-\frac{T_c}{T_h}$$其中，$\eta$表示卡诺循环的效率，$T_c$表示低温环境的温度，$T_h$表示高温环境的温度。
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。
热力学第一定律第2次课循环过程卡诺循环2014
A Pdv P (V2 V1 )
Q M
M
R (T2 T1 )
C P T
E
M
CV T
3）等温过程
T const
PV const
A PdV
M
V1
V2
V2 RT ln V1 M P1 RT ln P2
dE 0
QA
7.4 绝热过程
理想气体的定体摩尔热容和定压摩尔热容
C p,m
i2 R 2
CV ,m
i R 2
C p, m CV , m R
比热容比 Cp,m与CV,m的比值
C p, m CV , m
i2 理想气体的比热容比 i
三、热力学第一定律
Q E2 E1 A ΔE A
a b d c
循环过程特点
V
(1) 经过一个循环系统的内能变化为零，系 统吸收的净热量转化为对外作的功(闭合面积) (2) 循环过程一定伴随有吸热和放热过程
p
a 正循环(热循环) 沿顺时针方向进行的循环 系统对外做正功 o 逆循环(制冷循环) 沿逆时针方向进行的循环 外界对系统做正功 p b V
p1V1 1
1 1 p1V1 1 1 V1 1 V2
p1V1 p2V2
1 AQ p1V1 p2V2 1
pV RT
1 AQ p1V1 p2V2 1
R AQ (T1 T2 ) C p,m / CV ,m 1
dQ = dE + pdV 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 依据公式是：
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 -。
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火，人们就注意探究热、冷现象本身。
但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪，在19世纪40年代前后，人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。
人们对热的研究也不再是孤立地进行，而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热，特别是在热与机械功的转比中认识热。
热力学在发展过程中形成了三大基本定律，它们构成了热力学的核心。
热力学第一定律：能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。
在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中，把热看作“力”(能量)的一一种形式，他指出'热是能够转比为运动的力“。
他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。
在论文中，迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化，提出了“力“不灭思想，迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。
1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。
他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。
1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。
他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。
” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。
把热看成是一种状态量。
由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。
经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。
能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
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。
理解热力学第一定律
理解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，它描述了能量守恒的原理。
本文将通过对热力学定律的解释和应用案例的分析，来深入理解热力学第一定律。
1. 热力学第一定律的基本原理热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明在一个封闭系统中，能量的增加等于系统所吸收的热量与做功之和。
换句话说，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
2. 热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律的数学表达式可以用以下形式表示：△U = Q - W其中，△U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。
3. 热力学第一定律的应用案例为了更好地理解热力学第一定律，以下是一些常见的应用案例：案例一：汽车发动机工作原理汽车发动机是热力学应用的典型场景之一。
发动机中的燃料燃烧释放出的热量通过发动机壳体和排气系统散发出去，同时一部分热能会转化为机械能以推动汽车运行。
根据热力学第一定律，发动机内能的变化等于通过排气散热损失的热量减去发动机输出的功。
案例二：热水器的工作原理热水器的工作过程中，水通过热能的传导变热，再由热水器提供的加热器加热，最终得到热水。
根据热力学第一定律，热水器内能的变化等于通过加热器吸收的热量减去水从热水器流出时做的功。
4. 热力学第一定律的意义和应用范围热力学第一定律的意义在于揭示了能量的守恒原理，为各个领域中的能量转化和利用提供了基本原则。
无论是工程领域，如发电厂、动力系统，还是自然界中的生物、地球系统，热力学第一定律都有广泛的应用。
5. 热力学第一定律的挑战和研究方向尽管热力学第一定律在很多领域都有成功的应用，但仍然存在一些尚未解决的挑战。
例如，在微观尺度下研究能量转化和迁移，以及在非平衡态热力学中研究多尺度耦合过程等方面仍需要进一步探索和研究。
结论：热力学第一定律作为热力学的基础定律，描述了能量守恒的原理。
通过对热力学第一定律的理解和应用案例的分析，我们可以更好地认识到热力学第一定律在能量转化和利用中的重要性。
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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向低温热源放热 Q 2
从高温热源吸热 Q （可能不止一个） 1
（可能不止一个）
对外做功 A净 Q净 Q1 Q2
代价
效果
热机效率: A净 Q1 Q2 1 Q2
Q吸
Q1
Q1
4/28
4. 逆循环及致冷系数
p
b
a 净逆功 c
d
O
V1
V2 V
特点： Q净 A净 0
致冷机的循环： 外界对系统做功 —— 系统向外界放热
O
3
V
23 4 1
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
V2 V3 V1 V4
16/28
Q1 | Q2 |
Q1
M
RT1ln
V2 V1
M
RT2ln
V3 V4
M
RT1ln
V2 V1
T1 T2 T1
1 T2 T1
1 T2
T1
仅由T1 ,T2决定
T1 T2 0 1
可持续发展战略：
以生态环境良性循环为基础的发展，不牺牲后代人 发展条件的发展。
基本国策之一
1学家素质的工程师。 “为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任 何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅 适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它 们用的什么物质，也不管它们如何动作。”
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
O V1
V2 V
特征： Q净 A净 0
热机的循环:
T2
从外界吸热—对外做功
A
2/28
实例：蒸汽机的循环
A净 A1 A2 Q净 Q1 Q2
效率: A净
Q吸
Q1 Q2
Q1
A2
1 Q2 Q1
Q1 A1
Q2
3/28
热机的能量转换:
季节 作用 低温热源 高温热源 效果
夏天 冬天
冷泵（A) 热泵（A)
房间 (Q ) 2
大气 (Q ) 2
大气
(Q 1
室内降温
)（对房间致冷）
室内升温
房间(Q ) 1
(对大气致冷)
Q2 夏天 A
Q1
Q1 冬天
A
Q2
7/28
介绍： 保护臭氧层
臭氧 (o3 )层：地面上空 20-50 km 的同温层中
作用：保护地球表面免受某些具有破坏性的紫外线 辐射，控制地球气温（散热片）
如何在 p–V 图中表示？
特点
简单：只需要
两个热源
绝热
绝热 重要：可以组
成任何一种循
环
13/28
卡诺循环过程：
高温T1 Q1
例如 正循环
Q2 A = Q1 -Q2
绝热
绝热
低温T2
A B 等温膨胀 从T1吸热 B C 绝热膨胀对外作功，内能降低
C D 等温压缩 向T2放热 D A 绝热压缩外界作功，内能升高
9/28
介绍：确立新的自然观—20世纪人类最重要的发现之一 人类自然观的三个阶段
原始社会： 视自然为神灵，人是自然的奴隶
生产力提高，科技发展
农业社会 工业社会
认识到人对自然的能动作用 人是自然 的主人，改造自然，人定胜天
人口激增，资源枯竭，环境恶化
新自然观
10/28
新自然观： 人归根到底是自然的一部分，人的能力是自然力 的一部分，人类的未来最终要取决于自然的未来。 人既不能满足于做自然的奴隶，也不能希求作为 自然的主宰，而要关心、保护生态环境，与自然 共生、共荣、和谐发展。
1.研究循环过程的理想模型 —— 卡诺循环
思考：试设想最简单的循环模型
p
p
是否最简单？
O
V
O
V
循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才
能得以实现。
12/28
卡诺循环：工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环 卡诺正循环或卡诺逆循环 1) 与两个恒温热源交换能量（两个等温过程） 2) 不与其他热源交换能量（两个绝热过程）
T1 Q1
A=Q1-Q2 Q2 T2
5/28
实例：电冰箱
Q1 A
Q2
能量转换：
致冷系数：
w Q2 A
从低温热源吸热
Q 2
（效果）
向高温热源放热
外界对系统做功 A （代价） Q1 Q2 A
注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力
6/28
介绍： 空调机的循环 — 致冷机与热泵原理的结合 压缩机作功，吸热传向高温热源
14/28
思考： SBC , SDA之 间 的 关 系 ？
pＡ
B
Ｄ
C
QBC QDA 0
EBC EDA A
SBC SDA
15/28
2. 理想气体的卡诺循环 1) 正循环效率
等温过程：
1 2
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
34
| Q2
|
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
p1
T1 T2
2
4
T2
V2 V3
V1 V4
18/28
w
Q2 A
Q2 Q1 Q2
M
M
RT2
ln V3 V4
R
T1
ln
V2 V1
M
R
T2
ln
V3 V4
w T2 T1 T2
T2 , w : 要从温度越低的低温热源中吸热, 就要消耗更多的功。
19/28
注意
A净 1 Q2
第四节 循环过程 卡诺循环
热力学：紧密围绕热机的研究和应用——工作物质 重复进行某些过程，不断吸热做功。
一、循环过程 1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整
个过程叫循环过程。
准静态循环过程 ：相图中的闭合曲线
p 正
O
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环
V
1/28
2. 共同特征
E 0 热力学第一定律：Q净 A净
氟里昂对臭氧层的破坏
用F , Cl, Br 部分或全部取代碳氢化合物中的氢,
生成的化合物。如 : C Cl2F2
引起公害
Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2
游离氧原子 循环反应,
破 坏O3分 子
8/28
紫外线辐射增强
晒斑，雪盲，视力损害，皮肤癌，白内障……
后果
植物生长率下降，海洋生物减少
温室效应 (CO2 70% ; 氟里昂30%）
气候异常，农业、畜牧业受损，国土干燥化，北极冰帽 熔化，海平面上升，大陆被淹……
英国科学家提出：
用飞行器在地球大气层 上部拉开一张巨型金属 网，阻挡阳光直达地面
美国科学家提出：在太空安装d=2000km的巨型反射镜，面 向太阳，拒阳光于数百万千米之外。
设想效果：阻挡1％阳光，使地球降温。保护100km2土地。
提高 途径，升高T1, 降低T2
17/28
2) 逆循环致冷系数
高温T1
pp 1
T1 T2
Q1= A+ Q2
2
A Q2 低温T2
4
T2
O
3
V
等温过程： 2 1 43
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
Q2
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
32 1 4
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1