一、热力学第一定律
热力学第一定律
热力学第一定律功：δW ＝δW e ＋δW f（1）膨胀功 δW e ＝p 外dV 膨胀功为正，压缩功为负。
（2）非膨胀功δW f ＝xdy非膨胀功为广义力乘以广义位移。
如δW （机械功）＝fdL ，δW （电功）＝EdQ ，δW （表面功）＝rdA 。
热 Q ：体系吸热为正，放热为负。
热力学第一定律： △U ＝Q —W 焓 H ＝U ＋pV 理想气体的内能和焓只是温度的单值函数。
热容 C ＝δQ/dT（1）等压热容：C p ＝δQ p /dT ＝ （∂H/∂T ）p （2）等容热容：C v ＝δQ v /dT ＝ （∂U/∂T ）v 常温下单原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＝3R/2常温下双原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＋C v ，m r ＝5R/2 等压热容与等容热容之差：（1）任意体系 C p —C v ＝[p ＋（∂U/∂V ）T ]（∂V/∂T ）p （2）理想气体 C p —C v ＝nR 理想气体绝热可逆过程方程：pV γ＝常数 TV γ-1＝常数 p 1-γT γ＝常数 γ＝C p / C v 理想气体绝热功：W ＝C v （T 1—T 2）＝11－γ（p 1V 1—p 2V 2） 理想气体多方可逆过程：W ＝1nR－δ（T 1—T 2） 热机效率：η＝212T T T － 冷冻系数：β＝－Q 1/W 可逆制冷机冷冻系数：β＝121T T T －焦汤系数： μJ －T ＝H p T ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂＝－()pT C p H ∂∂ 实际气体的ΔH 和ΔU ：ΔU ＝dT T U V ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＋dV V U T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ΔH ＝dT T H P ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＋dp p H T⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 化学反应的等压热效应与等容热效应的关系：Q p ＝Q V ＋ΔnRT 当反应进度 ξ＝1mol 时， Δr H m ＝Δr U m ＋∑BB γRT化学反应热效应与温度的关系：()()()dT B C T H T H 21T T m p B1m r 2m r ⎰∑∆∆，＋＝γ热力学第二定律Clausius 不等式：0TQS BAB A ≥∆∑→δ—熵函数的定义：dS ＝δQ R /T Boltzman 熵定理：S ＝kln Ω Helmbolz 自由能定义：F ＝U —TS Gibbs 自由能定义：G ＝H －TS 热力学基本公式：（1）组成恒定、不作非膨胀功的封闭体系的热力学基本方程：dU ＝TdS －pdV dH ＝TdS ＋Vdp dF ＝－SdT －pdV dG ＝－SdT ＋Vdp （2）Maxwell 关系：T V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂＝V T p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Tp S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＝－p T V ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ （3）热容与T 、S 、p 、V 的关系：C V ＝T VT S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ C p ＝T p T S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Gibbs 自由能与温度的关系：Gibbs －Helmholtz 公式 ()pT /G ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂T ＝－2T H ∆ 单组分体系的两相平衡： （1）Clapeyron 方程式：dT dp＝mX m X V T H ∆∆ 式中x 代表vap ，fus ，sub 。
热力学第一定律
23
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
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律和第二定律热力学第一定律1. 内容：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，那么外界对物体做的功W，与物体从外界吸收的热量Q之和,等于物体的内能的增加量2. 数学表达式：W+Q=ΔU(1)Q取决于温度变化：温度升高，Q>0;温度降低，Q<0.(2)W取决于体积变化：V增大时，气体对外做功，W<0;V减小时，外界对气体做功，W>0.(3)特例：如果气体向真空扩散，那么W=0.(4)绝热过程Q=0，关键词是“绝热材料”或“变化迅速”。
3. 热力学第1定律的理解(1)做功改变物体的内能：外界对物体做功，物体内能增加;物体对外做功，物体内能减少。
在绝热过程，物体做多少功，改变多少内能。
(2)热传递改变物体的内能：外界向物体传递热量，即物体吸热，物体的内能增加;物体向外界传递热量，即物体放热，物体的内能减少。
传递多少热量，内能就改变多少。
(3)做功和热传递的实质，做功改变内能是能量的变化，用功的数值来度量;热传递改变内能是能量的转移，用热量来度量。
热力学第二定律1.热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
2.补充说明：(1)“自发地”过程就是不受外界干扰的条件下进行的自然过程;(2)热量可以自发地从高温物体向低温物体传递，却不能自发的从低温物体传向高温物体;(2)热力学第二定律的能量守恒表达式：ds≥δQ/T(3)热量可以从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。
3.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
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
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
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
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
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律是热力学很重要的定律，简称为第一定律。
热力学第一定律是物理和化学中最基本也是最重要的定律，概括地说，它指出了总热量是不可消失的，即能量守恒定律。
它是由德国物理学家莱布尼兹在1850年发现的。
热力学第一定律指出，内能系统内所有物质之间的总热量交换是不可消失的，即总热量守恒定律，在反应过程中能量不会消失，它只能以动能形式存在，也就是说，能量可以有很多形式存在，但是总量是不变的。
它可以用如下的公式来表示：
E=q+w
其中，E表示热力学第一定律定义的能量总量；q表示热量；w
表示功能。
热力学第一定律可以用来解释诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、经典热力学定律的发展，以及熵的概念。
它的应用还可以普遍用于热力学和热工程的其他领域。
所有的能量转换都可以用热力学第一定律进行表述，即能量在某种形式变换到另一种形式的守恒定律。
比如，当将动能转化为功能，则q+w=E，即动能变为功能的过程中，能量总量E是不变的。
当功能转化为动能，则q-w=E，即功能变为动能的过程中，能量总量E也是不变的。
总之，热力学第一定律是一个重要的定律，它表明能量总量在任何过程中都是守恒的，它是对物理和化学中反应过程能量变化的最基
本的定律。
热力学第一定律解释了热力学和热工程中诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、熵的性质及其变化的原理，在热力学和热工程的理论和应用方面有着重要的意义。
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。
第一章热力学第一定律章总结
第一章热力学第一定律本章主要公式及其使用条件一、热力学第一定律W Q U +∆＝ W Q dU δδ+=热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。
功分为体积功和非体积功。
二、体积功的计算体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。
体积功公式⎰⋅-=dV p W 外 1 气体向真空膨胀：W ＝0 2气体在恒压过程：)(12 21V V p dV p W V V --=-=⎰外外3理想气体等温可逆过程：2112ln lnp p nRT V V nRT W -=-= 4理想气体绝热可逆过程：)(12,T T nC W U m V -=∆＝理想气体绝热可逆过程中的p ，V ，T 可利用下面两式计算求解1212,ln ln V V R T T C m V -=21,12,ln lnV V C p p C m p m V =三、热的计算热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。
1. 定容热与定压热及两者关系定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， U Q V ∆= 定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Q p = ΔH定容反应热Q V 与定压反应热Q p 的关系：V p Q Q V p ∆+= nRT U H ∆+∆=∆n ∆为产物与反应物中气体物质的量之差。
或者∑+=RT g Q Q m V m p )(,,ν ∑+∆=∆RT g U Hm m)(ν式中∑)(g ν为进行1mol 反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。
2.热容 1.热容的定义式dTQ C δ=dT Q C VV δ=dT Q C pp δ=n CC VmV =,n C C p m p =, C V ，C p 是广度性质的状态函数，C V ，m ，C p,m 是强度性质的状态函数。
2.理想气体的热容对于理想气体 C p ,m － C V ,m =R 单原子理想气体 C V ，m = 23R ；C p ,m = 25R 双原子理想气体 C V ,m =25R ；C p ,m = 27R 多原子理想气体： C V ,m = 3R ；C p ,m = 4R通常温度下，理想气体的C V ,m 和C p,m 均可视为常数。
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。
热力学第一定律
P2V2
ln
V2 V1
7
又 ∵ 等温过程有
V2 P1 V1 P2
有
AT
P1V1 M
ln P1 P2 RT
ln
P2V2 P1
ln
P1 P2
M mol
P2
（３）强调QT=AT
即在等温过程中，系统的热交换不能直接计算，但可用等 温过程中的功值AT来间接计算。
8
※三种过程中气体做的功
等体过程
（１）特征：dT=0， ∴dE=0 热一律为 QT=AT
在等温过程中，理想气体所吸收 的热量全部转化为对外界做功，系 统内能保持不变。
（２）等温过程的功
PI
P1
P2
o
V1
II
V2 V
∵T=C（常数），
P RT 1
V
dAT PdV
AT
V2 RTdV RT ln V2
V V1
V1
P1V1
ln
V2 V1
T1)
M M mol R(T2 T1)
5
C p
C V
R i2R 2
──此即迈耶公式
（３）比热容比：
定义
Cp
Cv
i 2
RR iR
i2 i
2
对理想气体刚性分子有：
单原子分子:
双原子分子:
5 3 7 5
1.67 1.4
*： 经典理论的缺陷
多原子分子:
8 6
1.33
6
3、等温过程
1
符号规定
Q
吸热为正, 放热为负.
系统对外做功为正, A 外界对系统做功为负.
各物理量的单位统一用国际单位制。
热力学第一定律及其表达式
热力学第一定律及其表达式
热力学第一定律是能量守恒定律在热系统中的应用，它表明在任何一个封闭系统中，能量的增量等于系统所做的功加上系统所吸收的热量。
这一定律的表达式为ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能量的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统所做的功。
热力学第一定律的实质是能量不能自行消失，只能从一种形式转变为另一种形式。
这一定律对于热力学的研究具有重要的意义，它为热力学第二定律提供了理论基础，并为工程技术的发展提供了指导。
热力学第一定律的表达式ΔU=Q-W可以用于热力学系统的能量平衡分析。
例如，在化学反应中，反应物和产物的内能差可以通过测量反应热来确定，从而可以计算反应所做的功或吸收的热量。
在热机和制冷机中，热力学第一定律的表达式也被广泛应用。
总之，热力学第一定律是热力学研究的基础，它为热力学的发展和应用提供了重要的理论支持。
- 1 -。
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、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
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
热力学第一定律的表达式为
热力学第一定律的表达式为热力学第一定律，也叫热力学总体定律，是热力学中最基本的定律之一，也是热力学中最重要的定律。
它概括地说明热力学系统的能量是保守的，也就是说，热力学系统的总能量是不变的。
这条定律最早是由德国数学家、物理学家卡尔弗里德里希热平克(Karl Freidrich Zeipel)在1850年提出的，他将热力学第一定律定义为“一个系统里，只有当机械作用之后，系统的总能量才会改变，而在没有机械作用的情况下，总能量不变”。
热力学第一定律的表达式热力学第一定律的表达式有多种，最常用的表达式是：U = Q - W，其中U为能量变化，Q 为热量， W 为功。
根据热力学定律，任何热力学的过程中，所有的热力学性质和能量都是不变的，热力学系统的能量变化只与工作量有关。
因此，热力学第一定律可以用其表达式来描述：U=Q-W 。
事实上，在物理学中，热力学第一定律可以用其他表达式来表示，比如：dU=dQ+dW 。
这两个表达式是等价的，可以互相转化，只是在不同情况下有不同的用法。
热力学第一定律的应用热力学第一定律是物质研究的基础，它提供了一种物质能量守恒的规律。
它既可以解释室温和低温的物理过程，也可以用于解释电能和热能的转化过程。
热力学第一定律可以用来研究物理学热学中的各种热力学过程，比如对热源的熔点和温度的变化，熔融过程的变换，物质在冷却、冷热相变和熔点转变时的行为等等，都可以用热力学第一定律来研究。
此外，热力学第一定律还可以用来解释和研究热电转换和涡轮机等储能机械的运行原理，以及热能学、物质动力学和材料的散热机理。
热力学第一定律是一个重要的物理学原理，它在很多物理学领域有重要的应用，比如能源技术、物质动力学、热力学、材料科学等等，都离不开它的应用。
所以，热力学第一定律是极具重要意义的物理学原理。
结论热力学第一定律是物理学中最基本的定律之一，它表明热力学系统的总能量是不变的，这也是物质能量守恒的基本原理。
它既可以用来研究室温和低温的物理过程，也可以用来研究热电转换的原理，热力学第一定律在很多物理学领域有重要的应用，它具有极具重要意义的物理学原理。
1.热力学第一定律
∂P T
dT P
对于仅作体积功的恒压过程，dH= δQP，有：
CP=
推论： 1.对于理想气体发生的过程而言，当温 度不变时，则焓变为零，即∆H＝0；2.如果温 度发生改变，其焓变量为 ∆H＝ CP与CV的关系： ∂U p+ CP-CV＝ ∂V
的途径回到其原始状态，且环境也同时恢复其 原始状态，环境中不留下任何变化的痕迹，则 原过程称为可逆过程。
特点：
1.可逆过程中，状态变化的推动力与阻力即体 系与环境的强度因素I（P、T、E等）仅相差 一无限小量：I-Ie=±dI。若改变此推动力的方 向，就能使过程沿原来相同的途径反向进行， 体系和环境都能同时恢复其原始状态。 2.可逆过程的进行无限缓慢，每一瞬间体系都 无限接近平衡态。
六、热力学能
1.定义：体系内所有能量的总和，包括分子运 动的平动能、转动能、振动能和电子、核的能 量及分子间相互作用的势能等能量。 2.特征
（1）热力学能是体系的状态函数，其数值取决于体 系的状态。 （2）体系的热力学能的绝对值无法确定，但能确定 两个状态之间的变化值。 （3）热力学能是容量性质，与体系所含物质的量呈 正比。
不同过程的作功比较
甲过程 乙过程 丙过程 W-(kJ) -1.87 -2.49 -3.46 W+(kJ) 7.84 4.99 3.46
体系对环境作功：W甲＜W乙＜W丙 环境对体系作功： W甲＞W乙＞W丙
P Ⅰ(P1V1) Ⅱ’(P2’V2’) Ⅱ(P2V2) V
可逆过程
定义：体系进行一个过程后，如果＝8.314510Pa.m3.mol-1.K-1，摩尔气体常数 （源于三个实验定律：波义尔定律、盖－吕萨 克定律和阿伏加德罗定律） （2）理想气体模型 分子之间无相互作用力；分子本身不占体积。 （3）道尔顿定律 理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混 合气体的温度、体积条件下产生压力的总和。
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第二节 热力学基本概念
六、热和功
热和功是能量传递或交换的两种形式：
1、热（heat）-- 由系统与环境之间的温差而引起的能 量传递称为热，用符号Q 表示。 Q的取号：
系统吸热为正，Q>0； 系统放热为负，Q<0 。
2、功（work）--除热以外，系统与环境之间其他一 切被传递的能量称为功，用符号W表示。
如理想气体的状态方程： pV=nRT
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第二节 热力学基本概念
例题 1．体系的下列各组物理量中都是状态函数的是
(A) T，p，V，Q ； (B) m，Vm，Cp，∆V ； (C) T，p，V，n ； (D) T，p，U，W 。
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V、n、m、U、G、S 强度性质：其数值取决于系统的特性而与系统内所含物质
的数量无关，不具有加和性的性质。如：P、T、ρ 两者关系： 广/广=强 如：m/V= ρ 若系统所含物质的量是单位量，系统广度性质就成为强度
性质，如体积是广度性质，而摩尔体积为强度性质。
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第一节 热力学概论
一、热力学研究的基本内容
二、化学热力学研究的内容
三、热力学的方法和局限性
重宏观轻微观 重状态轻过程
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第二节 热力学基本概念
一、系统（体系）与环境
系统：将一部分物质从其它部分中划分出来，作为研究 的对象，称为系统。
环境：系统之外与系统密切相关的物质和空间称为环境。
状态函数的特点：
状态函数是系统状态的单值函数，状态确定，状态函数确定。
状态函数的改变量只与始、终态有关，与过程变化的途径无 关，若系统经历一循环后又重新回到原态，则状态函数必定恢 复原值，其变化值为零。 状态函数的微小变化在数学上是全微分。如一定量的理想气
体，其体积是温度和压力的函数V=f（T，p），其全微分为：
dV
V T
dT p
V p
T
dp
环路积分 ∮dV=0
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第二节 热力学基本概念
不同状态函数构成的初等函数（和、差、积、商数值还原。”
（二）状态方程 系统各状态函数之间的定量关系式。
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第二节 热力学基本概念
途径 系统完成某一状态变化所经历的具体步骤。
过程和途径的关系：
途径1
恒温过程
状态1
恒压过程
始态
终态
恒压过程
途径2
状态2
状态3
恒温过程
途径由一个或几个过程组成。
绝热过程
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第二节 热力学基本概念
完整的描述一个过程，应指明体系的始态、终态、 外界条件和变化的具体步骤。
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第二节 热力学基本概念
三、热力学平衡态
如果系统的性质不随时间而变化，则该系统就处于热力学平 衡态。 热力学平衡态应同时满足如下平衡： 1、热平衡：系统内温度处处相同 2、力学平衡：系统各部分之间及系统与环境之间没有不平
衡的力存在 3、相平衡：系统内各相的组成和数量不变 化学平衡：系统内反应达到平衡，化学组成不变
系统与环境是共存的，系统与环境之间具有一个实 际存在或想象的界面存在，讨论问题时必须考虑两者间 的关系。
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第二节 热力学基本概念
系统根据与环境之间能量传递与物质交换的不同分为三 种： (1)敞开系统：系统与环境之间既有物质的交换，又有能
量的传递。 (2)封闭系统：系统与环境之间没有物质的交换，只有能
第二节 热力学基本概念
五、过程和途径
过程 当外界条件发生改变时，系统的状态随之发生变化，系统状
态发生的一切变化称为过程。 过程可分为简单状态变化过程、相变过程、化学变化过程。
热力学常见过程分类： 等温过程：系统温度一直不变，T1=T2=T(环)=常数 等压过程：系统压力一直不变，P1=P2=P(环)=常数 等容过程：系统的体积一直不变，V=常数 绝热过程：系统与环境之间没有热传递 循环过程：体系经过一系列变化，又恢复到原来状态
例：
1mol理想气体由25℃、200kPa,恒温向真空膨胀到
100kPa。
25℃,200kpa，V1
真空膨胀
25℃,100kpa，V2
1mol理想气体由25℃、200kPa,恒温反抗100kPa至
平衡。
25℃,200kpa，V1
反抗恒外压
25℃,100kpa，V3
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量的传递。 (3)孤立系统：系统与环境之间既无物质的交换，也无能
量的传递。又称隔离系统。 例子：保温瓶
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第二节 热力学基本概念
二、系统的性质
描述系统状态的物理量称为系统的性质，如体积、质量、 压力、温度、内能等。系统的性质也称为系统的热力学变量。
根据系统性质与系统中物质数量的关系，系统性质可分为 两类： 广度性质：与物质的数量成正比，具有加和性的性质。如：
第一章 热力学第一定律
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目录
第一节 热力学概论 第二节 热力学基本概念 第三节 热力学第一定律 第四节 体积功与可逆过程 第五节 焓 第六节 热容 第七节 热力学第一定律的应用 第八节 热化学 第九节 化学反应热效应的计算
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如不特殊说明，系统的状态就是指系统处于热力学平衡状 态，将系统变化前的状态称为始态，变化后的状态称为终态。
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第二节 热力学基本概念
四、状态函数与状态方程
什么是系统的状态？ 系统的状态是系统一切性质的综合表现。 系统的任一性质发生改变，系统的状态必然改变；系统 的状态发生了改变，表示其某些性质发生改变。
P1、V1、T1 系统性质改变 P2、V2、T2
状态1（始态）
状态2（终态）
如何描述系统的状态？ 采用易于直接测定的强度性质和一些必要的广度性质来描述， 常用温度、压力和各物质的量。
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第二节 热力学基本概念
（一）状态函数
由系统状态确定的各种热力学性质，称为系统的状态函数， 如温度、压力、物质的量等等。