热力学第一定律 PPT课件
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热力学第一定律ppt
热力学第一定律ppt引言热力学第一定律是热力学中的基本定律之一。
它表明了能量的守恒原理，也被称为能量守恒定律。
热力学第一定律对于理解能量转化和能量守恒的过程至关重要，应用广泛。
热力学第一定律的表述热力学第一定律可以用如下方式表述：在孤立系统中，能量的增量等于对外界做功和系统热量的和。
这个表述可以用以下数学公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示能量的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
能量转化示意图为了更好地理解热力学第一定律，我们可以通过一个能量转化示意图来说明。
能量转化示意图能量转化示意图在这个示意图中，输入的能量被系统吸收，一部分能量被转化为系统内能的增加（热量），一部分能量被系统用于对外做功。
根据热力学第一定律，系统吸收的热量和对外做的功加起来等于能量的增量。
热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些具体的应用：热力学循环分析热力学第一定律用于分析各种热力学循环，如卡诺循环和热力学循环。
通过应用热力学第一定律，我们可以确定循环中的能量转化效率、功率输出等参数。
能量守恒分析热力学第一定律可以应用于能量守恒的分析，例如分析能源系统中的能量损失和能量转化过程。
通过分析系统的能量转化过程，我们可以找出能量损失的原因，并采取措施来提高能源利用效率。
温度变化分析热力学第一定律可以用来分析物质的温度变化。
根据热力学第一定律，物质的内能增加会导致温度升高，而内能减少则会导致温度降低。
因此，可以通过热力学第一定律来研究物质的显热效应和隐热效应。
结论热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它表明了能量的守恒原理。
通过应用热力学第一定律，我们可以分析能量的转化过程，研究能源系统的能量损失和能量转化效率，并进一步提高能源利用效率。
热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用，对于理解能量转化和能量守恒的过程起到了重要的作用。
10.3 热力学第一定律(共22张PPT)
一、热力学第一定律
1.内容：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。
ΔU 物体内能的增加量
2.表达式:
W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
一定质量的理想气体从外界吸收
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？
等容过程
不变
一定质量的理想气体，
等压过程 不变
升高相同的温度，等 增大压过升程高和等容增过加程哪 吸热
-
增大 减小个吸升热高多？ 增加 绝热过程
0
+
小试身手
1.图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、 活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、 U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在 将拉杆缓慢向外拉的过程中（ C ）
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
5.应用热力学第一定律解题的一般步骤：
（1）明确研究对象是哪个物体或是那个热力学 系统；
（2）根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）
的正、负； （3）根据热力学第一定律ΔU=W+Q求出未知量；
（4）再根据未知量结果的正、负来确定吸热、 放热情况或做功情况。
例1：如图所示，甲、乙两个相同的金属球， 甲用细线悬挂于空中，乙放在水平地面上。 现在分别对两球加热，使它们吸收相同的热 量，试讨论甲、乙两球内能增量的关系？ （假设金属球不向外散热）
分析：吸热后金属球体积膨 胀，甲球重心降低，重力做 正功，
乙球重心升高，重力做负功，
而又因为两球吸收相同热量，
物理化学：热力学第一定律PPT课件
要的热量为Q，则就定义
1 n
δQ p dT
为该物质在该温度
下的摩尔定压热容，以 C p , m 表示，
Cp,m
1 δQp n dT
对恒压过程
δ Q p d H p n d H m ,p
代入有
C p ,m
1H n Tp
H m Tp
—— C p , m 定义式
单位： Jm o l1K 1
(2) 应用——计算单纯pVT 过程H
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
热力学基本定律是生产经验和科学实验的总结，它们不 能用其它理论方法加以证明，但其正确性毋庸置疑。 需要指出： （1）经典热力学研究含有大量质点的宏观系统：其原理、 结论不能用于描述单个的微观粒子； （2）经典热力学只考虑平衡问题：只考虑系统由始态到末 态的净结果，并依此解决诸如过程能量衡算、过程的方向、 限度的判断等热力学问题，至于由始态到末态的过程是如何 发生与进行的、沿什么途径、变化的快慢等等一些问题，经 典热力学往往不予考虑。
W p a m b V 2 V 1p V 2 V 1 p 1 V 1 p 2 V 2 由热力学第一定律可得: Q p UW =U 2 p2V 2 U 1 p1 V 1
定义 : HdefU pV
H为焓，为状态函数，广延量，单位 J Qp H δQp dH
即恒压热与过程的焓能变在量值上相等
注：H 的计算的基本公式： H= U+ (pV) 恒压过程 H = Q
§2.1 基本概念和术语
热力学第一定律ppt课件
的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初
始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电
阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（
）
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
6、如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距
1840年在英国皇家学会上宣布了电流通
过导体产生热量的定律，即焦耳定律。
焦耳测量了热与机械功之间的当量关系—
焦耳
—热功当量，为热力学第一定律和能量守
恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳的实验
绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它
不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质
量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸
壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气
体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活
塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做
增加，A 项正确；ab 过程发生等容变化，气体对外界不做功，
C 项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc 过程发
的功。（重力加速度大小为g）
7、如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下列
说法正确的有(
)
A．外界对气体做功
B．气体对外界做功
√
C．气体向外界放热
D．气体从外界吸热
√
BD
始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电
阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（
）
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
6、如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距
1840年在英国皇家学会上宣布了电流通
过导体产生热量的定律，即焦耳定律。
焦耳测量了热与机械功之间的当量关系—
焦耳
—热功当量，为热力学第一定律和能量守
恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳的实验
绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它
不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质
量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸
壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气
体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活
塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做
增加，A 项正确；ab 过程发生等容变化，气体对外界不做功，
C 项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc 过程发
的功。（重力加速度大小为g）
7、如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下列
说法正确的有(
)
A．外界对气体做功
B．气体对外界做功
√
C．气体向外界放热
D．气体从外界吸热
√
BD
热力学第一定律 能量守恒定律 课件 (共22张PPT)
规律方法——应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，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，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，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，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
热力学第一定律 课件
分析：汽车发动机熄火后，汽车要克服阻力做功， 当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时，汽车 即停止运动。在这一过程中，汽车克服阻力做的功 要转变成地面、轮胎的内能，所以在这个过程中能 量还是守恒的，是机械能转变成内能了。
第一类永动机
概念：不需要动力或燃料，却能源源不断 对外做功的机器
结果：制造永动机的千万次努力都以 失败而告终
内能增加4.3×105J。在这一过程中，是气体对外做 功，还是外界对气体做功？做了多少功？
﹀ 解析：Q=+2.7×105J ΔU=+4.3×105J ΔU＝W + Q
得： W=1.6×105J ＞0
能量守恒定律
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，或 者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移 的过程中其总量保持不变.
热力学第一定律 能量守恒定律
ΔU 物体内能的增加量 W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
一个热力学系统的内能增加量等于外界向 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.
思考与讨论：
一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做 功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功 是135J，同时向外放热85J，气体的内能变
读书P56，了解能量守恒定律的发现过程
能量守恒定律的重要性
<1>、是一个普遍适用的定律 <2>、将各种现象联系在一起 <3>、指导着人们的生产、科研 <4>、19世纪自然科学三大发现之一
例2：水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越 来越慢，最后停止。这一现象符合能的转化和守恒定律 吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？
第一类永动机
概念：不需要动力或燃料，却能源源不断 对外做功的机器
结果：制造永动机的千万次努力都以 失败而告终
内能增加4.3×105J。在这一过程中，是气体对外做 功，还是外界对气体做功？做了多少功？
﹀ 解析：Q=+2.7×105J ΔU=+4.3×105J ΔU＝W + Q
得： W=1.6×105J ＞0
能量守恒定律
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，或 者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移 的过程中其总量保持不变.
热力学第一定律 能量守恒定律
ΔU 物体内能的增加量 W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
一个热力学系统的内能增加量等于外界向 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.
思考与讨论：
一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做 功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功 是135J，同时向外放热85J，气体的内能变
读书P56，了解能量守恒定律的发现过程
能量守恒定律的重要性
<1>、是一个普遍适用的定律 <2>、将各种现象联系在一起 <3>、指导着人们的生产、科研 <4>、19世纪自然科学三大发现之一
例2：水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越 来越慢，最后停止。这一现象符合能的转化和守恒定律 吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？
ppt热力学第一定律
dH d(U pV ) dU pdV Vdp
系统由始态到末态旳焓变
H U ( pV )4. Q来自 U ，Qp H 两关系式旳意义
特定条件下，不同途径旳热已经分别与过 程旳热力学能变、焓变相等，故不同途径旳恒 容热相等，不同途径旳恒压热相等，而不再与 途径有关。
把特殊过程旳过程量和状态量联络起来。
状态函数旳特征可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分旳性质。
（2） 广度量和强度量 用宏观可测性质来描述系统旳热力学状态，
故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties）又称为容量性 质，它旳数值与系统旳物质旳量成正比，如体积、 质量、熵等。这种性质有加和性。
系统始态为a压力为pa；末态为z压力为pz，
pz＝1/5pa 。
可逆过程系统对环境做最大功（相反过 程环境对系统作最小功）。
3.理想气体恒温可逆过程
可逆过程,外压和内压相差无穷小
δWr
pdV ,Wr
V2 V1
pdV
理想气体恒温膨胀,则
Wr
nRT
V2 V1
dV V
nRTlnV2 V1
物理化学
第二章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
学习要求：
了解热力学基本概念、热力学能和焓旳定 义；掌握热力学第一定律旳文字表述及数 学表述。 了解热与功旳概念并掌握其正、负号旳要 求；掌握体积功计算，同步了解可逆过程 旳意义特点。 要点掌握利用热力学数据计算在单纯pVT 变化、相变化、化学变化过程中系统旳热 力学能变、焓变以及过程热和体积功。
( H p
热力学第一定律PPT课件
解：
取杜瓦瓶及其中的物
质为系统，Q 0
例：绝热容器中盛有水，另有电源对浸于水中的电 热丝通电，见图。选取（1）水为系统；（2）水与 电热丝一起为系统，问 Q 0,Q 0,Q 0 ； W 0,W 0,W 0 解：
（1）取水为系统，则 系统边界是绝热壁及水 与电热丝交界处
Q 0, W 0
Qp ΔH
def
H U pV
dH dU d pV
dQp dH
不做非体积功时，恒压热等于系统焓的变化， 它只决定于系统的初终态
恒压过程的几点说明：
1 恒压过程只要求外压维持恒定，并且体系的初末 态压强等于外压，即可得到不做非体积功时，恒压 热等于焓变。
2 dQp dH 指的是一个微小恒压过程，并不是指 一个恒压过程中间的一个微元，因为实际过程的中
◆ 恒压(isobaric)过程——p1=p2 =p外 且p外维 持恒定
封闭系统 不做非体积功 恒压过程
Qp DU W DU p外(V2 V1 ) U2 U1 ( p2V2 p1V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
定义：焓 (enthalpy)H
DH DU D pV
（2）取水与电热丝一起为系统，则 Q 0, W 0
2.热力学第一定律(the first law of
thermodynamics)
W Q △U
U1
U2
△U = Q + W
以传热和做功的形式传递的能量，必定等于 系统热力学能的变化
△U = Q + W
◆ 一个过程的热和功 的代数和等于系统状态 函数U的变化，与途径 选择无关；
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
取杜瓦瓶及其中的物
质为系统，Q 0
例：绝热容器中盛有水，另有电源对浸于水中的电 热丝通电，见图。选取（1）水为系统；（2）水与 电热丝一起为系统，问 Q 0,Q 0,Q 0 ； W 0,W 0,W 0 解：
（1）取水为系统，则 系统边界是绝热壁及水 与电热丝交界处
Q 0, W 0
Qp ΔH
def
H U pV
dH dU d pV
dQp dH
不做非体积功时，恒压热等于系统焓的变化， 它只决定于系统的初终态
恒压过程的几点说明：
1 恒压过程只要求外压维持恒定，并且体系的初末 态压强等于外压，即可得到不做非体积功时，恒压 热等于焓变。
2 dQp dH 指的是一个微小恒压过程，并不是指 一个恒压过程中间的一个微元，因为实际过程的中
◆ 恒压(isobaric)过程——p1=p2 =p外 且p外维 持恒定
封闭系统 不做非体积功 恒压过程
Qp DU W DU p外(V2 V1 ) U2 U1 ( p2V2 p1V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
定义：焓 (enthalpy)H
DH DU D pV
（2）取水与电热丝一起为系统，则 Q 0, W 0
2.热力学第一定律(the first law of
thermodynamics)
W Q △U
U1
U2
△U = Q + W
以传热和做功的形式传递的能量，必定等于 系统热力学能的变化
△U = Q + W
◆ 一个过程的热和功 的代数和等于系统状态 函数U的变化，与途径 选择无关；
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
热力学第一定律 ppt课件
有用功(此即著名的卡诺定理),且该热机效率与工作物
热力学第一定律
9
质无关,仅与热源温度有关,从而为热机的研究工作确定了
3.2.1热机
热机是指把持续将热转化为功的机械装置,热机中应用 最为广泛的是蒸汽机。一个热机至少应包含以下三个组成 部分:循环工作物质;两个或两个以上的温度不同的热源,使 工作物质从高温热源吸热,向低温热源放热;对外做功的机 置。热机的简化工作原理图如图1所示。
人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽 机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、 散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。 这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么? 热机效率的提高有没有一个限度?
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方 案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想 热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限 度地用来对外做
热力学第一定律
5
2.2数学表达式 2.2.1内能定理
将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学 第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想， 它的发展应借助于数学。马克思讲过，一门科学只 有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。 另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概 念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层 层推论，建成一个严密的体系。热力学也理应这样 的发展起来。所以下一步应该建立热力学第一定律 的数学表达式。第一定律描述功与热量之间的相互 转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该 找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数 热（力学第即一定律态函数），把它与功和6 热量联系起来，由此说
热力学第同一定律数量上不同比例的配合,与我3 国的五行说十分相似。但是人
热力学第一定律汇总课件
可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化。
02
卡诺循环
由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，是热机效率
最高的循环。
03
熵
系统无序度的量度，是不可逆过程的判据，熵增加原理表明自然过程总
是朝着熵增加的方向进行。
THANKS
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CATALOGUE
循环过程与热机效率讨论
循环过程介绍
定义与特点
循环过程是指系统经历一系列状态变化后回到初始状态的过程， 具有可逆性和周期性。
循环过程分类
根据工质的状态变化，循环过程可分为等温循环、等容循环和等压 循环等。
循环过程在热力学中的地位
循环过程是热力学研究的重要内容之一，对于提高能源利用率和节 能减排具有重要意义。
通过热力学第一定律，我们可以 分析各种热力过程和循环的效率， 提出改进措施，提高能源利用率。
03
CATALOGUE
理想气体等温过程分析
理想气体等温过程特点
温度保持不变
在等温过程中，理想气体的温度 保持不变，即ΔT=0。
体积与压强成反比
在等温过程中，理想气体的体积与 压强成反比关系，即P1V1=P2V2。
功
力在物体上产生位移所做 的功，用符号W表示，单 位也是焦耳（J）。
热量与功的区别
热量是自动传递的能量， 与过程有关；功是有方向 性的能量转化，与路径无 关。
内能与热力学第一定律
内能
系统内部所有分子热运动的动能和分子间相互作用的势能之和，用符号U表示， 单位是焦耳（J）。
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用，即系统从环境吸收的热量Q与环境对系统做的 功W之和等于系统内能的增量ΔU。数学表达式为：ΔU=Q+W。