热力学第一定律

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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

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例1: 一定量的理想气体从体积V1 膨胀到体积V2 ,经历 以下几个过程: AB等压过程; AC等温过程; AD绝热 过程。问:从P-V图上,(1) 哪一个过程做功较多?哪 一个过程做功较少?(2) 经历哪一个过程内能增加?经 历哪一个过程内能减少?(3) 经历哪一个过程吸热最多? P 解: (1) 等压过程做功最多 A A A P A B p T Q 绝热过程做功最少 P C
例2:图示两卡诺循环,S1 = S2 P (1) 吸热和放热差值是否相同? (2) 对外所做净功是否相同? (3) 效率是否相同? 答案:(1)相同;(2)相同;(3)不相同
讨论
T2 1 )卡诺热机效率C 1 T1
只与T1和T2有关
与物质种类、膨胀的体积无关
2 ) 理论指导作用
T1 提高 c T2
提高高温热源的温度现实些
31
3)理论说明低温热源温度T2 0
说明热机效率 且只能 进一步说明 •热机循环不向低温热源放热是不可能的
T
(2) 等压膨胀:系统吸热 O V1 V2 V 系统内能增加,且对外做功; 等温膨胀:系统吸热,全部用来对外做功,内能不变; 绝热膨胀:系统不吸收热量,靠减少系统的内能对外做功
PQ
D
等压:内能增加;等温:内能不变;绝热:内能减少。
(3) 等压膨胀过程吸热最多。(4)绝热线比等温线陡 22
例2: 一mol单原子理想气体在汽缸中,设汽缸与活塞无 摩擦,开始时,P1=1.013*105Pa, V1=1.0*10 –2m3 ,将 此气体在等压下加热,使其体积增大一倍,然后在等体 下加热至压强增大一倍,最后绝热 膨胀为起始温度。 (1)画P-V图(2)求内能的增量(3)过程中的功 解: (1)图示 (2)0 (3) P2

热力学第一定律

热力学第一定律

假定控制容积形状、大小、空间位置均不随时间改变。
——因而统计系统的总能时,不考虑系统整体的外观能量,但要计及 流体的流动动能,重力位能以及热力学能。
假定系统除与外界有物质流交换,在没有质量流穿越的边界
上还可以有传热和作功的相互作用。
假定进、出口截面上存在局部平衡。 假定流动为一元流动
——仅在沿流动的方向上才有参数的变化。
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§2-2 热力学能和总能
一、热力学能
物质内部拥有的能量称为热力学能,其组成是: 内动能(分子平移,旋转,振动)
内位能(分子间作用力)
化学能(维持一定的分子结构) 原子能(原子核内部)
如果无化学反应,无核反应, 热力学能 U = 内动能 + 内位能 1kg物质的热力学能称比热力学能 u,单位是J / kg 。 热力学能是热力状态的单值函数,它与路径无关,是状态参数。 u = f(T,v); u = f(T,p); u = f(p,v) (2 - 1)
进入系统的能量 - 离开系统的能量 =系统中贮存能量的增加 它适用于任何过程和任何工质的热力系统。 闭口系的能量方程 Q - W = U = U2 – U1 Q = U + W ( 输入) (贮增)(输出) 对于一个微元过程,第一定律的解析式的微分形式: Q = dU + W 对于1kg工质,有 q = u + w q = du + w (2-9)
– p1 u

(2-19)
由式(2-18)并考虑q -△u = w,则
wt = w -△(p u)= w -(p2 u
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2
1
(2-20)
技术功在示功图上的表示
对可逆过程:wt =

热力学第一定律

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过程。
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本章学习要求
• 掌握能量、热力系统储存能、热力学能、热量和功量 的概念,理解热量和功量是过程量而非状态参数。 • 理解热力学第一定律的实质能量守恒定律。 • 掌握稳定流动能量方程,能熟练运用稳定流动能量方 程对简单的工程问题进行能量交换的分析和计算。 • 掌握膨胀功、轴功、流动功和技术功的概念、计算及 它们之间的关系。 • 理解焓的定义式及其物理意义。 • 了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方 程的简化形式。
2. 宏观位能: Ep ,单位为 J 或 kJ
Ep mgz
5
热力系总储存能:E ,单位为 J 或 kJ
E U Ek Ep
比储存能:e ,单位为 J/kg 或 kJ /kg
1 2 e u ek ep u cf gz 2
6
内动能-温度 热力学能 (内能U、u) 外储存能 内位能-比体积
∴流动功是一种特殊的功,其数值取决于
控制体进、出口界面上工质的热力状态。
14
根据热力学第一定律, 有 :
1 2 1 2 u1 cf 1 gz1 p1v1 q u2 cf 2 gz2 p2v2 ws 0 2 2
令 upv h,由于u、p、v都是状态参数,所以h也是 状态参数,称为比焓。
对一切热力系统和热力过程,有:
进入系统的能量-离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
8
二、闭口热力系的能量方程
如图: Q=△U+W 对微元过程: Q QdUW 或 qduw 即: 热力系获得热量= 增加的热力学能+膨胀做功 对于可逆过程 : qdupdv 或
ΔU
W
qu pdv

热力学第一定律的理解

热力学第一定律的理解

热力学第一定律的理解
热力学第一定律被视为热力学最基本的定律,也被称为能量守恒定律。

其核心思想是能量不会消失,只会从一种形式转化为另一种形式。

即在任意过程中,系统与外界交换的总能量不变,也就是系统内部能量改变的量等于输入输出能量的代数和。

热力学第一定律的原理是:系统的内能变化等于从外界获得的能量减去对外做的功,内能变化公式可以表示为∆U = Q - W。

其中,∆U表示热力学系统内能的改变;Q表示由外界传递给系统的热量;W 则是由系统对外做的有效功。

例如,当两个物体之间存在温差时,热能将从高温物体向低温物体传递,直到两个物体达到热平衡态。

根据热力学第一定律,此过程中,系统内部的总能量不会减少也不会增加,而只会发生能量形式的转化。

从实际应用角度看,热力学第一定律的应用非常广泛,例如在工程领域中常常可以用于计算发生热量变化的化学反应的反应热;在制冷技术中,也可以用于计算制冷量;在生物学中,可以用于研究生物体内能量的转化等等。

总之,热力学第一定律是一个基本而重要的物理学定律,关系到能源的利用和转换,也对可持续的社会发展和能源的长期稳定有着重要的影响。

热力学第一定律

热力学第一定律

= PdV
A=

V2
V1
pdV
7
A =
∫ dA = ∫
V2
V1
pdV
dV > 0, dA > 0, 系统对外作正功;
dV < 0,dA < 0, 系统对外作负功;
dV = 0,dA = 0, 系统不作功。
A = ∫ pdV
V1
V2
由积分意义可知,功的大小等于p—V 图上过程 曲线p(V)下的面积。功的数值不仅与初态和末 态有关,而且还依赖于所经历的中间状态,功 8 与过程的路径有关.
QT 热源 Q V
等容过程
热源 QP
等压过程
T 恒温大 V
6
三、功 热量 内能 dx 1功 如图示的热力学系统: P S 若过程为无摩擦的准静 态过程 活塞迎着气体一侧的面积为S气体膨胀推动活塞对 外作功:
dA =
当系统体积从 V1→ V2,系统对外界作功:
F Fdx = S Sdx
在等温过程中,理想气体吸热全部用于对外作 功,或外界对气体作功全转换为气体放出的热。 22
四、绝热过程
系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。
绝热膨胀过程中,系统对外作的功,是靠内能减少实 现的,故温度降低;绝热压缩过程中,外界对气体作 功全部用于增加气体内能,故温度上升。 绝热过程方程: 气体绝热自由膨胀 Q=0, A=0,△E=0
14
Q=∫
V2
V1
i pdV + νR(T2 − T1 ) 2
Q = ( E 2 − E 1) + A = ∆ E + A
热力学第一定律,是包含热量在内的能量守恒定律。
Q>0 Q<0

热力学第一定律

热力学第一定律
Q0 W U 2731J
3. 摩尔恒压热容与摩尔恒容热容的关系
C p,m CV ,m
H m T

p
U m T
V

(Um pVm ) T

p
U m T
V
Um Um p Vm
T p T V
C p,m Cv,m
Um Vm
p
T
Vm T
p
2.4.8
C p,m
CV ,m


Um V
T

p


Vm T
p
对理想气体

(0
p)
(R / p)T T
p

R
C p,m CV ,m R
状态函数法举例
§2.2 热力学第一定律
热力学第一定律的本质是能量守恒原理,即隔离系统 无论经历何种变化,其能量守恒。
热Q
U U2 U1 Q W dU U2 U1 Q W 途径函数
(2.2.1a) (2.2.1b)
符号规定: 若系统从环境吸热+,若系统向环境放热-
第二章 热力学第一定律
热力学是自然科学中建立最早的学科之一 1. 第一定律:能量守恒,解决过程的能量衡算问题 (功、热、热力学能等) 2. 第二定律:过程进行的方向判据 3. 第三定律:解决物质熵的计算
经典热力学 1 . 研究含有大量质点的宏观系统 2. 只考虑平衡问题
§2.1 基本概念和术语
1. 系统与环境 系统:作为研究对象的那部分物质 环境:系统以外与之相联系的那部分物质(与系统密切 相关、有相互作用或影响所能及的部分)

热力学第一定律

热力学第一定律

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。

热力学第一定律

热力学第一定律

W>0 对系统作功
闭口系统的热力学第一定律表达式
一般式 Q = ∆U + W dQ = dU + dW q = ∆u + w dq = du + dw 适用条件: ) 适用条件: 1)任何工质 2) 任何过程 Q
微分形式 单位质量工质
W
闭口系统的热力学第一定律表达式
对于可逆过程 对于可逆过程
δw = pdv
实质:能量转换和守恒定律在热力学系统中的应用。 实质:能量转换和守恒定律在热力学系统中的应用。 可表述为: 可表述为:在孤立系统内能量的总量保持不变
能量守恒与转换定律:能量不可能被创造, 能量守恒与转换定律 能量不可能被创造,也不可能被消 能量不可能被创造 只能相互转换,且在孤立系统中总量保持不变。 灭,只能相互转换,且在孤立系统中总量保持不变。
• 18世纪初,工业革命,热效率只有 。 世纪初, 世纪初 工业革命,热效率只有1%。 • 1842年,J.R.Mayer阐述热力学第一定律, 年 阐述热力学第一定律, 阐述热力学第一定律 但没有引起重视。 但没有引起重视。 • 1840-1849年,Joule用多种实验的一致性证 1840-1849年 Joule用多种实验的一致性证 明热力学第一定律, 明热力学第一定律,于1850年发表并得到公 年发表并得到公 认。
• 第一 什么是热力学第一定律? 什么是热力学第一定律? 热力系内物质的能量可以传递,其形式可以转换,在转 热力系内物质的能量可以传递,其形式可以转换, 换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。 换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。 • 第二 为什么要学习热力学第一定律? 为什么要学习热力学第一定律? 物质和能量既不能被消灭也不能被创造。 物质和能量既不能被消灭也不能被创造。 • 第三 热力学第一定律的应用? 热力学第一定律的应用? 第一类永动机是不可能造成的

热力学第一定律

热力学第一定律

热 力 学第一章 热力学第一定律§1 热力学第一定律 一.准静态过程系统的状态发生变化时—系统在经历一个过程。

过程进行的任一时刻,系统的状态并非平衡态.热力学中,为能利用平衡态的性质,引入准静态过程的概念。

性质:1.准静态过程:是由无数个平衡态组成的过程即系统的每个中间态都是平衡态。

2.准静态过程是一个理想化的过程,是实际过程的近似。

实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程 。

·拉动活塞,使系统由平衡态1 →状态2,过程中系统内各处的密度(压强、温度)并不完全相同,要过一会儿时间,状态 2才能达到新的平衡。

所以,只有过程进行得无限缓慢,每个中间态才可看作是平衡态。

☆怎样判断“无限缓慢”?弛豫时间τ:系统由非平衡态到平衡态所需时间。

准静态过程条件: ∆t 过程进行 >> τ例如,实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程, ∆t 过程进行 = 0.1秒τ = 容器线度/分子速度= 0.1米/100米/秒 = 10-3秒3.过程曲线:准静态过程可用P -V 图上 一条线表示。

状态1状态2二.功、内能、热量1.功 ·通过作功可以改变系统的状态。

·机械功(摩擦功、体积功)2.内能·内能包含系统内:(1)分子热运动的能量;(2)分子间势能和分子内的势能;(3)分子内部、原子内部运动的能量; (4)电场能、磁场能等。

·内能是状态的函数*对于一定质量的某种气体,内能一般是T 、V 或P 的函数; *对于理想气体,内能只是温度的函数 E = E (T )*对于刚性理想气体分子, i :自由度; ν :摩尔数 ·通过作功改变系统内能的实质是:分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。

3.热量·传热也可改变系统的状态,其条件是系统和外界的温度不同。

·传热的微观本质:是分子的无规则运动能量从高温物体向低温物体传递。

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
1. 作用形式
热力学系统中的力学作用形式多样, 如:压强、表面张力、弹性力、 电磁力、等等。
2. 作用效果
使热力学系统的力学平衡条件被破坏,在系统状态 变化过程中伴随有能量转移,其形式即:作功。
3. 一些常见过程中元功的计算
作用力为广义力, 状态变化量为广义位移,
记 Y 为广义力,X 为广义位移,
则其元功为: W YX .
3.车载的能量有限。
冷却外壳
离合器部分
驱动电机系统概述
二、驱动电机的分类
按照结构和工作原理不同,目前的驱动电动机有直流电动机、交流异步电动 机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等几种。
1.直流电动机 直流电动机通过定子绕组产生磁场,向转子绕组通入直流电,并用换向装置对 绕组内电流在适当时候进行换向,使转子绕组始终受到固定方向的电磁转矩。
驱动电机系统概述
一、驱动电机简介
用于驱动车辆的电动机称为驱动电动机。其任务是在驾驶人的控制下,高效
率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能,或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
驱动电动机的工作条件与一般工业电动机有明显不同,体现在以下方面。
1.驱动电动机的转速、转矩变化范围大;
发动机
电动机
就业变速箱
2.驱动电动机所处的使用环境恶劣;
三、驱动电机的额定指标 驱动电动机的额定指标是指根据国家标准及电动机的设计、试验数据而确定的额
定运行数据,是电动机运行的基本依据。电动机的额定指标主要包括以下各项。 1.额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率(W或kW)。 2.额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。 3.额定电流。额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额定输出功率)情况下

热力学第一定律的表达式

热力学第一定律的表达式

热力学第一定律的表达式热力学第一定律的表达式:ΔE=W+Q。

在热力学中,热力学第一定律通常表述为:热能和机械能在转化时,总能量保持不变。

其数学表达式为ΔE=W+Q,其中ΔE表示系统内能的改变,W表示系统对外所做的功,Q表示系统从外界吸收的热量。

这个定律表明,能量的转化和守恒定律是自然界的基本定律之一,它适用于任何与外界没有能量交换的孤立系统。

换句话说,在一个封闭系统中,能量的总量是恒定的,改变的只是能量的形式。

因此,热力学第一定律是能量守恒定律在热现象领域中的应用。

另外,对于一个封闭系统,如果系统内部没有发生化学反应或相变等过程,那么系统对外做的功等于系统从外界吸收的热量。

这是因为系统内能的改变量等于系统对外做的功和系统从外界吸收的热量之和。

值得注意的是,热力学第一定律也适用于非平衡态系统。

即使系统处于非平衡态,热力学第一定律仍然适用。

因此,它不仅是热力学的基石之一,也是整个物理学的基石之一。

为了更好地理解热力学第一定律,我们可以考虑一些具体的应用场景。

例如,在汽车发动机中,汽油燃烧产生的热能转化为汽车的动能和废气中的内能。

在这个过程中,系统内能的改变量等于系统对外做的功和系统从外界吸收的热量之和。

因此,根据热力学第一定律,我们可以计算出汽车发动机的效率,从而评估其能源利用效果。

此外,热力学第一定律还可以应用于电学、化学等领域。

例如,在电学中,当电流通过电阻时会产生热量,根据热力学第一定律可以计算出电阻产生的热量。

在化学中,反应热的计算也可以根据热力学第一定律来进行。

以下是一些具体例子,说明热力学第一定律的应用:1. 热电站:在热电站中,燃料燃烧产生的热能转化为蒸汽的机械能,再转化为电能。

根据热力学第一定律,热能被转化为机械能和电能,而总能量保持不变。

通过计算输入和输出的能量,我们可以评估热电站的效率。

2. 制冷机:制冷机是一种将热量从低温处转移到高温处的设备。

在制冷过程中,制冷剂在蒸发器中吸收热量并转化为气态,然后通过压缩机和冷凝器将热量释放到高温处。

热力第一定律

热力第一定律

热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒原理的一种表达方式。

此定律曰:在一个热力学系统内,能量可转换,即可从一种形式转变成另一种形式,但不能自行产生,也不能毁灭。

一般公式化为:一个系统内能的改变等于供给系统的热量减去系统对外环境所作的功。

热力学第一定律是生物,物理化学等学科的重要定律。

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基本信息∙中文名称热力学第一定律∙外文名称the first law of thermodynamics∙应用学科物理∙提出时间19世纪50年代∙提出者迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule∙表达式△U=Q+W目录1 基本介绍1.1 简单解释1.2 定义1.3 基本内容2 发展历史2.1 发展历史2.2 表述展开1 基本介绍1.1 简单解释1.2 定义1.3 基本内容2 发展历史2.1 发展历史2.2 表述+1QQ空间新浪微博腾讯微博百度贴吧人人豆瓣基本介绍编辑本段热力学第一定律:△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,与环境交换的功为W,可得热力学能(亦称内能)的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W(目前通用这两种说法,以前一种用的多),为了避免混淆,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, by Rudolf Clausius in 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."基本内容热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。

热力学第一定律

热力学第一定律
第六章 热力学第一定律
二、推动功(或流动功) 除了体积功这类与系统的界面移动有关的功外,还有因工质在开口系统中流动而传递的功,称之为推动功或流动功。对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。
第六章 热力学第一定律
图6-2 工质流动过程中所传递的推动功
解:因为是可逆定压过程,
第六章 热力学第一定律
*
*
3.但由于碳和氧的电负性不同,所以碳氧双键是极性键,π电子向氧偏移;结果氧带部分负电荷(δ-),碳带部分正电荷(δ+);这一点与碳碳双键不同。 碳氧双键中的π键易受到亲核试剂进攻,发生亲核加成反应。
*
4、受羰基的影响,α碳上的氢原子较为活泼,易发生取代反应;还可发生缩合反应。
O
C
C
H
*
5. 羰基也可发生氧化还原反应等。 要注意醛酮的相似性质和不同之处。 要注意结构特别是空间结构对化学性质的影响。
*
3. 加醇
醇作为含氧的亲核试剂,可以与醛发生加成反应,但需要干燥HCl催化。生成的产物称为半缩醛: 半缩醛
*
本章学习要点:
1.掌握醛酮的结构和命名。 2.掌握醛酮的相同化学性质: ⑴亲核加成反应 ⑵α-活泼氢的反应 3.熟悉醛的特殊反应 3.了解醌的结构和性质。
*
醛、酮、醌都是含氧化合物,都含有共同的官能团—羰基(carbonyl group),是重要的有机合成原料。在自然界中广泛存在,例如黄酮类化合物和挥发油、人体内的某些激素、碳水化合物等,都有重要的生物功能。
第六章 热力学第一定律
变质量热力系统开口边界处流入工质与流出工质的质量流量不相同,流动工质做出机械功率或与外界交换的热流量不一定是常数,这时热力系统的总能量往往是时间的函数,但任意时刻系统内的状态仍可做为均匀态处理。 【本章小结】 一、热力学第一定律 热力学第一定律实质上是能量守恒定律在工程热力学领域的应用,具体表现为热能和机械能之间的相互转化和守恒。第一定律说明了热能和机械转化时所遵循的数量平衡规律。 二、功与热量 系统体积变化时所做的功称为体积功(包括膨胀功和压缩功),体积功不是状态参数,而是一个过程量。

热力学第一定律

热力学第一定律

q du w
q d h pv pdv
q dh - pdv - vdp pdv dh - vdp
三、稳定流动能量方程式的分析
总结
热力学第一定律的解析式在形式上虽有不同, 但由热功转换的实质是一致的,都是能量守恒定律 在热力学和热力工程上的体现。 从热功互换角度来看,第一解析式反映出热 力过程中热能向机械能的转化,是各种热动力设备 实现动力输出的理论核心,是最基本的能量方程。
1
2
1
vdp
(2-4a)
g
2 v
根据上式可在 p-v 图上表示可 逆过程的技术功,如右图中的曲边 梯形面积 f-1-2-g-f 所示。
图2-2 可逆过程的技术功
稳定流动能量方程可进一步表达为
1 2 q u c f g z wi pv 2
微元 过程
q h wt h2 h1 wt
即过程中气体自外界吸热112 000 J。
(2)气体对外界作的功有两部分功用,一是用于排斥 活塞背面的大气(Wr),另一部分(Wu)转变成活塞的动 能增量。
例题索引
摩擦功
Wu W Wr W1
可逆过程输出有用功
Wr p0V p0 (V2 V1 ) 50,000J 第二部分Wu为:
移项
Q U W
2.第一定律的第一解析式的微元形式是:
对于1kg工质,则有:
Q dU W
q u w , q d u w
3.式中热量Q,热力学能变量Δ U 和功W都是代数值,可正可
负。
4.第一定律的第一解析式的微元形式具有普适性(可逆与不 可逆过程,理想气体与实际气体甚至液体)

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,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

热力学第一定律

太原理工大学物理化学热力学第一定律1.热力学第一定律与状态函数 (1)热力学第一定律 热力学第一定律即能量转化与守恒定律,其数学形式为: ΔU=Q+W 其中ΔU 为系统经历某一变化过程(process)热力学能(thermodynamic energy)的变化, Q 和 W 分别为伴随该过程系统与环境交换的热和功(包括体积功和非体积功) 。

热力学第一定 律揭示了ΔU,Q 和 W 之间的关系。

应用热力学第一定律可由 ΔU,Q 和 W 中的任意两个量求第三个量。

(2)状态函数 在热力学中,有一种非常重要的量——状态函数(state function) ,如热力学第一定律中的 热力学能 U,还有以后要介绍的焓 H(enthalpy) 、熵 S(entropy) 、亥姆霍兹函数 A(Helmholtz function)和吉布斯函数 G(Gibbs function)等,这些状态函数具有以下共性: 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(path)无关,即 ③对于循环过程,系统的状态函数变化值等于零,即 ∫ dM =0。

此外,对于状态函数还有如下关系: 对于组成不变的单相系统,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∫M2M1dM = ∆M ;⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂M ⎞ dM = ⎜ ⎟ dx + ⎜ ⎜ ∂y ⎟ ⎟ dy ⎝ ∂x ⎠ y ⎝ ⎠x⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂x ⎞ ⎛ ∂y ⎞ ⎟ = −1 (循环关系式) ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ ⎝ ∂x ⎠ y ⎝ ∂y ⎠ M ⎝ ∂M ⎠ x∂2M ∂2M = (尤拉关系式) ∂x∂y ∂y∂x热力学在解决各种实际问题时,正是以状态函数的上述性质为基础的。

如利用上述性质②, 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。

热力学第一定律

热力学第一定律

解: A = P (V2 − V1 ) = ν R(T2 − T1 ), i+2 Q = ν C p (T2 − T1 ) = ν ( ) R(T2 − T1 ) 2 A 2 A 2 单原子分子i=3 , 单原子分子 = = Q i+2 Q 5 A 2 = 双原子分子i=5 双原子分子i=5 Q 7 [例 2] P.55.5.一定量的理想气体在等压过程中对 例 一定量的理想气体在等压过程中对 外作功40J,内能增加 外作功 ,内能增加100J,则该气体是 B ) ,则该气体是:( (A)单原子气体 (B)双原子气体 (C)多原子气体 单原子气体 双原子气体 多原子气体 解: A = P (V2 − V1 ) = ν R(T2 − T1 ) i ∆E = ν CV (T2 − T1 ) = ν R(T2 − T1 ) 2
ν=
M
i 理想气体的内能 E = ν RT 2
µ
是气体物质的量i , . 是气体物质的量 是气体分子的自由度
从热力学观点来看,改变系统的状态(内能) 从热力学观点来看,改变系统的状态(内能)有 两个途径: )向系统传递热量; )对系统做功。 两个途径:1)向系统传递热量;2)对系统做功。 1)当外界向系统传递热量时,系统的内能就 )当外界向系统传递热量时, 增加,从而使系统的温度升高; 增加,从而使系统的温度升高;当系统向外界放 出热量时,系统的内能就减少,温度降低。 出热量时,系统的内能就减少,温度降低。 2)当外界对系统做功时,系统的内能就增加, 2)当外界对系统做功时,系统的内能就增加, 温度升高;当系统对外界做功时, 温度升高;当系统对外界做功时,系统的内能就 减少,系统的温度降低。 减少,系统的温度降低。 功和热量的相同点和不同点 (1)不同点 ) 做功是通过物体在力的作用下产生宏观位移来
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热力学第一定律【学习目标】1.知道物体的内能是物体内所有分子的动能和势能的总和.2.知道物体内能的变化量可以由做功的数值来量度.3.通过焦耳的实验的观察,分析和思考,培养学生实事求是,严谨的科学态度和想象能力.4.能区别功和内能.做功与内能变化的关系.5.知道热传递及热传递的三种方式以及热传递的实质.6.知道热传递与内能变化的关系,理解热功当量。

7.知道做功和热传递对改变物体内能的等效结果.8.明确温度、热量、功和内能四个物理量的区别和联系.9.掌握热力学第一定律及其表达式,能够从能量转化的观点理解定律;10.会用表达式ΔU=W+Q 对问题进行分析和计算;11.掌握能量守恒定律,理解定律的重要意义,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象;12.能综合运用学过的知识,用能量守恒定律对有关问题进行计算、分析;13.了解第一类永动机不可能制成的原因.【要点梳理】要点一、功和内能1.热功当量实验——焦耳实验(1)方法:在水中放置叶片,叶片上缠绕两根绳子,每根绳子各跨过一滑轮,且分别悬挂一个重物,盛水的容器用绝热性能良好的材料包好.如图所示,当重物下落时便带动叶片转动,容器中的水受叶片的搅动,水由于摩擦而温度上升.(2)结论:只要重力所做的功相同,容器内水温上升的数值就相同,即系统的状态变化相同.2.利用电流的热效应给水加热的实验(1)方法:如图所示,利用降落的重物使发电机发电.电流通过浸在液体的电阻丝.引起液体温度上升.(2)结论:对同一个系统,在绝热过程中,只要所做的电功相等,系统温度上升的数值就相同,即系统的状态变化相同.3.内能(1)内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和.内能类比于重力做功与路径无关,仅由物体初、末位置决定.而热力学系统的绝热过程中,外界对系统所做的功也仅由初、末状态决定,与具体做功的过程和方法无关,我们认识到。

任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量,这个物理量是系统的一种能量,叫内能.(2)内能变化和做功的关系系统由状态1在绝热过程中达到状态2时,内能的增加量21U U U ∆=-,U W ∆=。

绝热过程中:内能的增加量等于外界对系统所做的功.当外力做正功时,系统内能增加,外力做负功时,系统内能减少,且内能变化量等于外力所做的功.(3)功和内能的区别功是能量转化的量度,与内能变化相联系,是过程量,而内能是状态量,只有在内能变化过程中才有功.物体内能大,并不意味着做功多,只有内能变化大,才意味着做功多.(4)热传递和内能的改变热传递有传导、对流和辐射三种形式.热传递和做功对改变系统的内能来说是等效的.系统在不对外做功,外界也不对系统做功时,系统吸收的热量为Q 时则内能增加量为Q .系统对外界放出的热量为Q 时,则内能减少Q ,即U Q ∆=.4.物体的内能及内能的变化物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和,在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量.当物体温度变化时,分子热运动剧烈程度发生改变,分子平均动能变化.物体体积变化时,分子间距变化,分子势能发生变化.因此物体内能的变化只由初、末状态决定,与中间过程及方式无关.5.做功与内能的变化做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程,做功使物体内能发生变化时,内能改变了多少可用做功的数值来度量.外界对物体做多少功,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,物体的内能就减少多少.压缩气体,外界对气体做了功,气体的内能增加,气体内能的增加量等于外界对气体做的功;气体膨胀,是气体对外界做功,气体内能减小,气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功.实质上,对气体我们还能从另一个方面来判断,那就是看气体的体积,被研究的气体体积增大就一定对外做功;气体的体积减小,外界就一定对气体做功.在绝热过程中,末态内能大于初态内能时,U ∆为正,形为正。

外界对系统做功.末态内能小于初态内能时.U ∆为负,形为负,系统对外界做功.内能和其他形式的能一样,是状态量,物体的状态一定时,它的内能也一定.和讨论重力势能一样,我们能确定的只是内能的变化,因为任何状态下的内能,只有在标准参考态的值确定后,才可能得出相应的确定值,由此可知,要测得物体某一状态内能的绝对值,是不可能的.6.内能与机械能物体的内能与机械能是两个不同的物理概念.内能是由大量分子热运动和分子间的相对位置所决定的能.机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能.物体具有内能的同时可具有机械能.物体的机械能在一定条件下可等于零,但物体的内能不可能等于零,因为分子永不停息地做无规则运动,它们之间有相互作用.内能和机械能在一定条件下可以相互转化,且总量保持不变.7.具体现象的分析如图所示,大口玻璃瓶内有一些水,水的上方有水蒸气,向瓶内打气,当瓶塞跳出时,观察瓶内的变化。

解析:当瓶塞跳出时,我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生.我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气,在瓶塞跳出的过程中,是系统膨胀对外界做功,在这个过程中系统的内能减少.瓶内的瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气液化形成的无数小液滴,水蒸气液化过程中内能减少. 要点二、热和内能1.热传递(1)热传递①热传递的定义高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体,这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递.热量从物体的一部分传递到另一部分,或从一物体传递到另一个物体的物理过程.②热传递的方式热传导、热对流、热辐射.③热传递的条件是存在温度差,最终结果是使物体的温度一样.④热传递的规律是热量从高温物体传向低温物体.(2)热传递和内能变化的关系系统在单纯的传热过程中,内能的增量U ∆等于外界向系统传递的热量Q ,即U Q ∆=.2.做功和热传递在改变物体内能上的关系(1)两种方式的区别做功:其他形式的能和内能之间的转化.当机械能转化为内能时,必须通过物体的宏观运动才能实现.热传递:物体间内能的转移,即内能从物体的一部分传到另一部分,或从一个物体传递到另一个物体.它是在分子相互作用下,通过分子的微观运动来达到内能的改变的.物体间发生热传递的必要条件是存在温度差.在热传递过程中,内能从高温物体传递到低温物体,使高温物体内能减少,低温物体内能增加,最后达到温度相等.(2)两种方式的联系做功和热传递都可以改变物体的内能,从它们改变内能的最终结果看,两者是等效的.3.“温度”“热量”“功”“内能”四个量的区别与联系(1)内能是由系统的状态决定的,状态确定,系统的内能也随之确定,要使系统的内能发生变化,可以通过热传递或做功两种过程来完成.而热量是热传递过程中的特征物理量,和功一样,热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量,是用来衡量物体内能变化的,有过程,才有变化,离开过程,就毫无意义.就某一状态而言,只有“内能”,根本不存在什么“热量”和“功”,因此,不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”.(2)热量和温度热量是系统的内能变化的量度,而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志.虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差,但是传递的是能量,不是温度。

(3)热量和功热量和功都是系统内能变化的量度,都是过程量,一定量的热量还与一定量的功相当,热量可以通过系统转化为功.功也可以通过系统转化为热量,但它们之间有着本质的区别.用做功来改变系统的内能,是系统内分子随整体的有序运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程,是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程.用热传递来改变系统的内能,是通过传导、对流和辐射来完成的,它将分子的无规则运动,从一个系统转移到另一个系统,这种转移就是系统间内能转换的过程.4.关于热传递和物体内能改变的关系的定量计算和定性分析热传递也可以改变物体的内能.物体吸收了热量,分子热运动变得剧烈,分子平均动能就增加,物体的内能就增大,反之物体的内能就减少.在只有热传递的情况下,系统由状态1到达状态2,内能增量为21U U U ∆=-,吸收的热量即U Q ∆=,也就是说:物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能减少,并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量.对于Q cm t =∆应明确其中各量的意义.5.功、热量、内能、温度四个概念易混淆的问题关于功、热量、内能、温度四个物理量的概念易混淆的问题,我们区别四者的根据是功、热量是能量转化转移的量度,是与内能的变化相联系的,是过程量;内能是状态量.物体的内能大,并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量,或者做的功多,传递的热量多.只有物体内能的变化大时,过程中做的功或传递的热量才会多.温度只是分子平均动能的标志,物体的内能除与温度有关外,还与物体的质量、体积、物态等因素有关,结合这些方面的联系与区别进行判断才不易出错.6.热传递的实质用热传递来改变系统的内能,是通过传导、对流、辐射来完成的,它将分子的无规则运动从一个系统转移到另一个系统,这种转移也就是系统间的内能转换的过程.功是在没有热传递的过程中,系统能量变化的量度;热量是在没有做功的过程中,系统能量变化的量度.7.对“热功当量”的理解J=,不能理解为“1 cal热量可以做功4.2 J”或“1 cal热量等于对于热功当量的大小 4.2 J/cal4.2 J的功”.J=应理解为“传热功当量的前提是做功和热传递在改变内能上的等效性,因此,对于 4.2 J/cal递给物体1 cal的热量使物体内能的增加,与对物体做功4.2 J使物体内能的增加在效果上是相当的”.也就是说,使物体内能发生变化,1 cal热量相当于(等效于)4.2 J功.要点三、热力学第一定律能量守恒定律1.热力学第一定律(1)热力学第一定律的研究对象研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系.(2)热力学第一定律的表达式我们知道,做功和热传递都可以改变物体的内能.在一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程,那么外界对物体所做的功彬加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加∆=+。

∆,即U Q WU上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系,叫做热力学第一定律.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和,这个关系叫做热力学第一定律.一般情况下,如果外界对一个物体做功W,同时给物体传递热量Q,则该物体内能的增加应为两者之和,这就是热力学第一定律.2.能量转化和守恒定律(1)不同形式的能量之间可以相互转化①自然界中能量的存在形式:物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等,可见,在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应.②不同形式能量之间的转化:“摩擦生热”是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等,这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的.(2)能的转化和守恒定律①人类通过对大量的实践经验进行总结得知,要获得一种能量,一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化,能量不能凭空产生,即不可能设计、创造出一种不消耗任何能量而能源源不断地对外做功的永动机.②能的转化和守恒定律:能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,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,这就是能的转化和守恒定律.(3)能量守恒定律的重要意义能的转化和守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法.它比机械能守恒定律更普遍.例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量总是守恒的.3.永动机不可能制成如图是历史上有名的一种永动机的设计.从图上看,设计者为什么认为这个机器会永远运动下去?不用能量的概念,你能不能说明它不会永远运动下去?[解析]这种永动机是在一个轮子的边缘等距地安装12根活动短杆,杆的自由端分别套上一个重球.无论轮子转到什么位置,右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些.设想,右边甩过去的重球作用在离轴较远的位置,就会迫使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去,至少转到轮轴磨坏时为止.但是,实际上轮子转动一两圈后就停了下来,在这种永动机的设计中,我们总可以找到一个平衡位置,在这个位置上,各个力恰好相互抵消.不再有任何推动力使它运动.永动机必然会在这个平衡位置上静止下来,变成不动机.(1)第一类永动机概念:不消耗能量的机器.结果:无一例外地归于失败.原因:违背能量守恒定律.(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.要点诠释:能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到。

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