7 热力学第一定律

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热力学第一定律

21
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

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。
热能工程教研室
§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
热能工程教研室
2
1
（2-20）
技术功在示功图上的表示
对可逆过程：wt =

7.1 热力学第一定律

79..11 热力学第一定律
第7章热力学基础
79..11 热力学第一定律
热力学和分子物理学的研究对象相同，都是热现象，但研究方法不相同。热力学不涉及物质的微观结构，它以实验定律为基础，从能量观点出发，研究热现象的宏观规律，所以它属于宏观理论。热力学具有高度的普遍性和可靠性。分子物理学与热力学的研究方法虽然不同，但它们彼此联系，互相补充，使我们对现象的认识更加全面，更加深入，都是研究热现象的不可缺少的理论。

lim ( ΔT0 MΔT
)x

M
( dT
)x
• 摩尔热容
1 ΔQ
Cx

( ΔT
)x
注意：
1 ΔQ
Cx

lim
ΔT 0
ΔT
热容是过程量，式中的下标 x 表示具体的过程。
79..11 热力学第一定律
7.1.3 热力学第一定律
Q E A
外界对系统传递的热量，一部分用来增加系统的内能，另一部分用来对外做功。
79..11 热力学第一定律
物理意义
（1）能量转换和守恒定律。第一类永动机是不可能制成的。无需外界提供能量，而不断对外做功。
（2）实验经验总结，自然界的普遍规律。
79..11 热力学第一定律
9.1 热力学第一定律
例：一定量气体由状态 A 经历过程1变化到状态B时吸热
800J，对外做功500J。
79..11 热力学第一定律
p ( p1 ,V1) 一个点代表一个平衡态过程曲线
(p ,V )
(p2 ,V2)
O
V
79..11 热力学第一定律
p
O
a 等压过程 b 等体过程

热力学第一定律

稳定流动时必有
m1 m2 m
ECV 0
热流科学与工程系
稳定系统的能量分析：进入系统的能量：
1 Q E1 p1V1 Q (U1 m1c12 m1 gz1 ) p1V1 2 离开系统的能量： 1 2 E2 p2V2 Wsh (U 2 m2c2 m2 gz2 ) p2V2 Wsh 2
燃气轮机装置如图所示。已知在截面1处 h1=286 kJ/kg的燃料与空气的混合物以 20 m/s 的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，相当于从外界获得热量q=879 kJ/kg。燃烧后的燃气在喷管中绝热膨胀到 3， h3=502kJ/kg.流速增加到 c3 。然后燃气推动叶轮转动作功。若燃气推动叶轮时热力状态不变，只是流速降低。离开燃气轮机的速度 c4 =150 m/s.试求： (1) 燃气在喷管出口的流速c3 ;
若过程可逆
q h vdp
1
2
q dh vdp Q dH Vdp
Q H Vdp
1
2
热流科学与工程系
3、一般开口系统的能量方程
在dτ间内进入系统的能量：
Q dE1 p1dV1
离开系统的能量：
dE2 p2 dV2 Wsh
系统能量的增加： dEsy,CV 代入能量方程, 整理后得
对于一个循环
Q U pdV
1
2
q u pdv
1
2
Q dU W
由于 dU 0 所以
Qnet dQ dW Wnet qnet dq dq qnet
热流科学与工程系
2、开口系统的能量方程式
(1)、稳定流动系统的能量方程稳定流动：流动过程中开口系内部的状态参数（热力学参数和动力学参数）不随时间变化的流动称为稳定流动。

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

热力学第一定律及重要公式

为已知）。
解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及
热源。
• （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服大气压力P0作功。
• 设活塞移动距离为x，由力平衡求出：
• 初态：弹簧力F=0，P1=P0
• 终态：P 2fK xP 0f
xP 2P 0fP 2P 1f
K
K
• 对弹簧作功：W' xFdxxKxd 1xK2x
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
qw
结论: 第一类永动机不可能制造出来
对于流体流过管道， ws 0
vdp1dc2 gdz0 2
压力能动能位能
dp 1 dc2 dz0
g 2g
机械能守恒柏努利方程
• 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?
理想气体内能变化计算
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv fT 代入 u cvdT 1
用平均比
热计算 :
t2
t2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0

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。

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

注意，式中热量 Q ，热力学能变量 ΔU 和功 W 均为代数值，可正可负。 • Q (q) >0，表示热源对系统加热，系统吸热 • Q (q) <0，表示系统向热源放热，系统放热 •ΔU(Δu) >0，表示系统内能增加
•ΔU(Δu) <0，表示系统内能减少
•W（w）>0，表示系统对外作功
•W（w）<0，表示功源对系统用功
2
即：气流的宏观动能差转化为对外轴功，单纯的机械功转换。
冲动式叶轮能量平衡
29
h1
二、压气机
消耗外功使工质升压的设备。
过程特点：对外界略有散热损失：q≈0；进、出口速度相差不大：△cf2≈0；位能差极微：△z≈0 从q = △h＋1/2△cf2＋g△z＋wi 得wC= －wi = △h=h2－h1= －wt
3、w推＝pv与所处状态有关，是状态量
4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传
递的一种能量
12
流动功 W f
工质进口状态为p1,v1，在系统中从膨胀到出口状态的p2,v2，进口作功：出口作功：推动功的差：
U U (T , v)
二、总（储存）能(total stored energy of system)
1 2 E U Ek E p U mc U Ek Ep f mgz 2
宏观动能总能宏观位能外部储存能
热力学能，内部储存能
e u ek ep
5
宏观动能与内动能的区别
耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。”

7.1热力学第一定律

γ
γ
PV
γ
= C1
PV = C
绝热线
P
A 等温线
V
P
γ 1
T = C2
γ
γ 1
T
= C3
等温膨胀: 等温膨胀: ↑ V
(9)绝热线比等温线陡 )
o n↓
T 不变
V
V
P ↓ T
P 比P Q T 下降得快
19
P = nkT
2010-6-29
绝热膨胀: 绝热膨胀: ↑ V
n↓ P Q ↓↓ T↓
V 1 = 1 .0 × 10 3 m 3 例1: 理想气体 2 P1 = 1.013 × 10 Pa : 理想气体O T1=273K T2=433K 求: (1) 1 → 2 QP = ? AP = ?
E = 0
21
例2: :
一系统如图所示:由态时, 一系统如图所示由a 态沿abc 到达c 态时,吸收的热量,同时对外作了126J 的功. 的功. 了350J 的热量,同时对外作了
P
a
b
c
d
(1). 如图沿adc 进行则系统作功 , 进行, 则系统作功42, 问这时系统吸收了多少热量? 问这时系统吸收了多少热量
dl
(PV2T2 ) 2
dA = PdV
气体所作的功等于曲线下的面积气体所作的功等于曲线下的面积
P a ( PV T ) 1 1 1
A = ∫ dA = ∫ pdV
V1
V2
P
o
b
V1 dV V2
V
功与过程的路径有关. ——功是过程量功与过程的路径有关. 功是过程量系统对外作正功; dV > 0, dA > 0, 系统对外作正功; 系统对外作负功; dV < 0,dA < 0, 系统对外作负功; 2010-6-29

热力学第一定律

1．状态函数与过程量
第1章热力学第一定律
1．1重要概念
这是两类完全不同的物理量。状态函数是系统的性质，如温度(T)，压力(p)，体积(V)，
内能(U)，焓(H)和定压热容(CV)等，而过程量是指功(W)和热(Q)，它们是过程的属性。状态
函数与过程量主要区别如下：
(1)状态函数决定于系统的状态，而过程量取决于过程。所以状态函数用来描述系统状
(3)若在系统的初末态之间存在多个等温过程，则其中的等温可逆过程的功值最大，即
WT,r>WT,ir
5．绝热过程(绝热膨胀或绝热压缩)
(1)由于系统与环境不交换热量，所以在绝热过程中系统内能的增加与它从环境中所得
到的功等值，即
∆U=- W
(2)一般说来，在绝热过程中系统的pVT同时变化。
(3)从同一状态出发，不同的绝热过程具有不同的末态。即在相同的初末态之间不会有
多种绝热途径。
(4)一个实际的绝热过程发生之后，系统不可能循任何绝热途径恢复到原来状态。
(5)从同一初态出发，经多种绝热过程后，系统到达同一压力(或同一体积)，则其中绝热
可逆过程的功值最大。即
Wr,Q=0>WirQ=0
(6)与等温可逆过程相比，绝热可逆过程的压力对体积的变化更敏感。所以在—V图上，
绝热线比等温线要陡，即
(2)关于理想气体的重要结论：
①理想气体的U,H,CV和CP只是温度的函数,即⎛源自∂p⎛ ∂H
⎜⎞
程，即
Tl＝T2＝T环＝常数
所谓等温过程，是指上式中三个等号同时成立的过程。有人认为等温过程是系统
温度始终不变的过程，这是一种误解。诚然，在某一过程中如果系统温度始终不
变,则过程必是等温过程，因为该过程服从上式。但这并非等温过程的全部，只

热力学第一定律

dV = 2nRT/C＊ dT
W = ∫V1V2 pdV
= ∫T1T2C/T *2nRT/C *dT
= ∫T1T2 2nRdT
= 2nR△T
= 2× 1× 8.314 × (136.5 – 273) = – 2270J
5. 1mol单原子分子理想气体,从298K,2p0经(1) 等温可逆; (2)绝热可逆; (3)沿p=10132.5V+b 的路径可逆膨胀至体积加倍, 求各过程的 Q,W,U和H?
= 1× (3/2 ×8.314 ) ×(1091– 273) = 10213J
△H = nCp,m(T2 – T1)= 1× (5/2 ×8.314 ) ×(1091– 273) = 17023J
Q = △U + W = 10213 + 6814 = 17027J C = Q /△T = 17027 / (1091 – 273) = 20.82J/K.mol
A 节流膨胀过程只等焓不等温
B 绝热膨胀过程内能恒定 C 绝热膨胀过程焓恒定 D 节流膨胀过程是等温等焓过程
13.对于一定量的理想气体，下列哪一个过程不能发生: A 吸热而温度不变
B 恒压下绝热膨胀
C 对外做功，同时放热
D 吸热，同时体积又缩小,因不知该过程是
否可逆而不能确定
14. 用盖斯定律间接计算等压下某化学反应 298K的反应热Q时,要求298K下各分步反应必须满足的条件为：
5. 理想气体向真空膨胀,当一部分进入真空容器后,余下的气体继续膨胀所做的体积功 A W=0 C W〈 0 B W 〉0 D 无法计算
6. 对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是: A 体系处于一定的状态,具有一定的内能 B 对应于某一状态,内能只能有一数值,不能有两个以上的数值 C 状态发生变化,内能也一定跟着变化 D 对应于一个内能值,可以有多个状态

热力学第一定律的含义与应用

热力学第一定律的含义与应用热力学是研究热与能之间的转化以及宏观物质的性质和变化规律的科学。

热力学第一定律是热力学的基础之一，它揭示了能量守恒的原理，并与各个领域的实际问题紧密相关。

本文将探讨热力学第一定律的含义以及其在不同领域的应用。

1. 热力学第一定律的含义热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指能量在系统和周围环境之间的转化过程中，总能量守恒，能量既不会凭空消失也不会凭空产生。

根据能量守恒定律，能量可以以不同形式进行转化，如热能、机械能、电能等，但总能量的大小在一个封闭系统中保持不变。

2. 热力学第一定律的应用2.1. 热力学循环分析中的应用热力学循环是指热力学过程的一个周期性变化，热力学第一定律应用于热力学循环分析中，可以帮助我们了解能量在循环过程中的变化情况。

例如，发电厂中的热力机械循环使用燃料转换成热能，并进一步转化为机械能，最终转化为电能。

热力学第一定律可以帮助我们计算循环过程中的能量转化效率，从而优化能源利用。

2.2. 热平衡系统的分析在热力学中，热平衡系统是指系统与周围环境之间不存在热能传递的状态。

根据热力学第一定律，热平衡状态下系统的内能改变为零，即系统内部的能量不会改变。

这一原理在化学反应动力学、热能传导等领域的分析中经常应用。

通过分析热平衡系统，我们可以推断出系统的稳定性以及能量的分布和传递方式。

2.3. 热力学第一定律在工程领域的应用热力学第一定律广泛应用于能源工程、热能利用等领域。

能源工程中的热力学分析通常用于评估能源转换的效率，并优化能源的利用方式。

例如，在汽车工程中，热力学第一定律可用于计算车辆的燃油效率，评估内燃机的性能等。

这些分析有助于提高能源利用效率，减少能源的浪费。

2.4. 生态系统中的热力学第一定律应用热力学第一定律在生态学中也有重要的应用。

生态系统的能量流动和物质循环是生态系统运行的基础。

热力学第一定律揭示了能量在生态系统中的守恒性，帮助我们理解能量的流动路径以及能量在不同生物组织之间的转化。

热力学第一定律

dl S P
2.功的几何表示：功的几何表示：功的几何表示图中，在P—V图中， ñ A=PdV 图中
A = ∫ PdV
V1
V2
功的几何意义: 功的几何意义: 功在数值上等于P ~V 图上过程曲线下的面积。
p 1 p o V1 dV
2
V2
V
dV >0即体积膨胀， dA > 0 即系统对外界作正功即体积膨胀，即系统对外界作正功. 即体积膨胀 dV<0即体积压缩， dA< 0 即系统对外界作负功即体积压缩，即系统对外界作负功. 即体积压缩
4.热力学第一定律是包含热量交换在内的能量 4.热力学第一定律是包含热量交换在内的能量守恒定律，它比机械能守恒定律更普遍。守恒定律，它比机械能守恒定律更普遍。热力学第一定律也可表述为：热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造成功的。所谓第一类永动机，不可能制造成功的。所谓第一类永动机，就是外界不需要供给它能量而能永远对外作功的机器。不需要供给它能量而能永远对外作功的机器。
dQ Cv (等容摩尔热容) = ( ) v dT
下面来计算计算：
Cv
Cv
对等容过程
i dQ = dE = RdT 2
dQ i ∴ Cv = ( ) v = R dT 2
对单原子分子理想气体：对单原子分子理想气体：
3 j Cv = R ≈125 . mol k ⋅ 2
2 mol ⋅ k
刚性双原子分子理想气体：刚性双原子分子理想气体： = 5 R ≈ 20.8 j Cv
§7-2 热力学第一定律对理想气体的应用
作为热力学第一定律的应用，首先方便于计算，作为热力学第一定律的应用，首先方便于计算，所指的过程均是准静态过程，所指的过程均是准静态过程，以及理想气体遵从状 M 态方程 PV = RT

热力学第一定律

22
2.2.3 热力学第一定律的文字表述
第一类永动机：一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。
23
2.2.4 热力学第一定律的数学表达式
2.2.4 热力学第一定律的数学表达式
为：
自然界中一切物质均有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但
在转化过程中能量的总值保持不变。
21
2.2.3 热力学第一定律的文字表述
2.2.3
热力学第一定律的文字表述
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热
现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、
热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。第一定律是人类经验的总结。
活塞与汽缸无摩擦，当气体作 P 准静态压缩或膨胀时，外界的压强 Pe必等于此时气体的压强P ，否则系统在有限压差作用下，将失去平衡，是一个非静态过程。若有摩擦力存在，虽然也可使过程进行得无限缓慢，成为准静态过程，但它不是可逆过程。
10
2.1.2 功
只考虑无摩擦准静态过程（可逆过程）的功。
P
, 而
5
2.1.1 热
例：1mol,0℃,l00kPa的氢气可以用两种方式膨胀到0℃、50kPa的状态,一种方式是在膨胀过程中,外
压始终维持在50kPa；另一种方式是使外压突然消失
为零(称为自由膨胀或向真空膨胀)。实验证明,尽管两种膨胀方式的初末态相同，但
由于途径不同所传递的热量也不同，前者系统要从
由热力学第一定律： dU Q W

热力学第一定律

课堂练习二：
练习册P139/示例1
P142/8;9
热力学过程
等压膨胀等压压缩等容放热等容吸热
Δp
0 0 －＋
ΔV
＋－ 0 0
ΔT
＋－－＋
ΔU
＋－－＋
W
－＋ 0 0
Q
＋－－＋
等温膨胀
等温压缩绝热膨胀绝热压缩
－
＋－＋
＋
－＋－
0
0 －＋
0
0 －＋
－
＋－＋
＋
－ 0 0
3.△U、Q、W 符号规定：
内能的改变 ΔU
做功W 取正值外界对系统 “+” 做功取负值系统对外界 “－” 做功
热量Q
系统吸收热量系统内能增加
系统放出热量系统内能减少
课堂练习一：
1.一定质量的物体从外界吸收4.2×105J的热量，同时对外做功 2.6×105J，则内能变化
了多少？是增加还是减少？
热力学第一定律
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ΔU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.内容：一个系统的内能增量等于它从外界吸收的热量与外界对它所做的功之和。 2.表达式:
ΔU 系统内能的增加量
Q 系统从外界吸收的热量
W 外界对系统做的功
ΔU＝Q + W
U＝Q，物体
吸收的热量等于物体内能的增加．
(3)若整个过程的始末状态物体的内能不变，即Δ
U ＝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．
热力学第一定律是能量守恒定律在改变物体内