第10章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律

能量守恒定律热力学第一定律
能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，也称为热力学第一定律。

它表明，在任何系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能在不同形式之间转化。

换句话说，系统中的能量总量保持不变，即能量守恒。

这个定律适用于所有物理系统，包括热力学系统。

在热力学系统中，能量可以以多种形式存在，如热能、动能、势能、化学能等。

热力学第一定律表明，系统中的能量总量等于输入和输出的能量之和，即能量守恒。

因此，热力学第一定律可以用来描述热能的转移和转化。

例如，在一个封闭的容器中，当热源向其中输入热量时，其内部的能量总量增加，而当它向外界释放热量时，其内部的能量总量减少。

这个过程中，能量的总量始终保持不变。

总之，能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在物理系统中的本质和特性，具有重要的理论和实际意义。

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第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版【指路问津】（1）热力学第一定律与能量守恒定律有怎样的关系？（2）能量守恒定律重大意义是什么?【典型例题】1．关于物体内能变化，以下说法中正确的是A ．物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B ．物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大C ．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D ．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变[精与解] 改变物体内能的途径有两个，做功和热传递。

分析问题时必须同时考虑做功和热传递两个因素对内能的影响。

物体对外界做多少功内能就会减少多少；外界对物体做多少功物体内能就会增加多少。

物体吸收多少热量内能就会增加多少；物体发出多少热量内能就会减少多少。

A 、B 选项错误的原因都只考虑了做功或热传递一个因素对内能的影响。

D 选项虽然考虑了做功或热传递两个因素对内能的影响，但两个因素都使内能减少，故D 选项错误。

正确答案为C 。

[解后思] 用热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 解题，要根据系统做功的正、负，吸热还是放热以及内能的增减，来确定公式中ΔU 、Q 、W 的正负。

当外界对系统做功、吸热、内能增加时，ΔU 、Q 、W 取正值；当系统对外界做功、放热、内能减少时，ΔU 、Q 、W 取负值。

[延伸] 例如：一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J 的热量，同时气体对外做了 6×105J 的功， 物体的内能增加还是减少？变化量是多少？解析：气体从外界吸热：Q =4.2×105J ，气体对外做功：W =－6×105J ，由热力学第一定律：⊿U =W +Q =－6×105J ＋4.2×105J=－1.8×105J ，⊿U 为负，说明气体的内能减少了1.8×105J 。

2．水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热为L =2264 J/g ，这时质量m =1g 的水变为水蒸气，其体积由V 1=1.043 cm 3变为V 2=1676 cm 3，在该过程中水增加的内能是多少？[精与解] 在1 g 水汽化的过程中吸收的热量为Q =mL =1×2264 J ， 水气在1标准大气压下做等压膨胀，对外界所做的功为 W =p 0（V 2－V 1）=1.013×105×(1676－1.043)×10-6 J=170 J根据热力学第一定律，增加的内能为： ΔU =Q +W =2264 J －170 J≈2094 J[评注] 一定量的液体全部汽化时，在一大气压条件下体积将增大1000倍左右，气体对外界做功W =p 0ΔV ，p 0为大气压强。

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。

热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒是研究能量转换与守恒的基本原理和定律。

在能量的转化和传递过程中，热力学第一定律和能量守恒定律起到了至关重要的作用。

本文将介绍这两个定律的概念、基本原理以及在实际应用中的重要性。

一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。

它可以用来描述热量和力学能量之间的转换关系。

简单来说，热力学第一定律可以表达为：在一个系统中，能量的增加等于热量和做功两部分之和。

即ΔE = Q - W，其中ΔE表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

热力学第一定律反映了能量在一个封闭系统中的守恒原理。

根据该定律，能量既不会消失，也不会从无中产生，只能在不同形式之间相互转换。

例如，当我们使用电器加热水时，电能被转化为热能，使水温升高。

这是能量形式的转换，但总能量保持不变。

二、能量守恒能量守恒，是自然界的一条基本定律，也是物理学中最基本的规律之一。

能量守恒原理指出：在一个孤立系统内，能量总量保持不变。

能量不会因为转移、转换或者消失，只能在不同的形式之间进行转化。

能量的形式有很多，例如机械能、热能、电能等等。

无论是当一个物体从一处高处下落，将其势能转化为动能，还是当物体进行摩擦运动时，将机械能转化为热能，或者是当我们点燃一根蜡烛，将化学能转化为热能和光能，能量的总量是不变的。

能量守恒原理在我们的日常生活中无处不在。

当我们吃东西时，食物的能量被转化为人体的生物能，使我们保持活力。

当我们使用电器时，电能被转化为光能、热能等其他形式的能量。

了解能量守恒原理对于我们合理利用能源、保护环境具有重要意义。

三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律实质上是能量守恒原理在热力学中的具体应用。

热力学第一定律表明了能量在热力学系统中的转化与守恒关系，为能量守恒原理提供了具体的表达形式。

根据热力学第一定律，系统内能量的变化等于热量和做功的总和。

高中物理| 10.3热力学第一定律能量守恒定律详解热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究物质世界中有关热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是将一物质系统中大量粒子看作一个整体，研究系统所表现的各种宏观性质和规律。

热力学第一定律是热力学的基本定律，是一个包括热现象在内的能量守恒与转化的定律。

热力学第一定律首先涉及到内能功热量的基本概念内能功热量内能广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。

某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为，由状态参量T决定，内能E=E（T），是状态参量T的单值函数。

真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。

实验证明人，真实气体的内能，是状态参量T 和V （或ρ）的函数，即E=E（T，V）或E=E（T，P）。

总之，某给定气体系统的内能。

只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。

功气体系统体积变化过程所做的功（体积功）元功气体膨胀dV＞0 系统对外做正功dA＞0气体被压缩 dV＜0 系统对外做负功dA＜0体积从 Va变到Vb系统所做的功沿a c d过程的功不等于沿a d b过程的功系统通过体积变化实现作功。

热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。

热量热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。

若改用摩尔热容C，即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则系统由温度T1 变到温度T2的过程中所吸收的热量系统吸收的热量为正Q＞0。

若计算结果Q＜0则表示系统放热。

热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。

系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。

故热量也是过程量内能功热量的国际标准单位都是焦耳（J ）热力学第一定律在任何一个热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量E2-E1与系统对外作功 A 之和。

Q=E2-E1+A热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。

第3节热力学第一定律能量守恒定律通过前面的学习我们知道：做功和热传递都可以改变物体的内能，如果既对物体做功又有热量的交换，物体的内能会如何变化呢？根据：∆U=W∆U=Q可得：∆U=W+Q这就是热力学第一定律的表达式，热力学第一定律是：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。

在这个式子中，ΔU大于零表示内能增加，小于零表示内能减少；W大于零表示外界对系统做功，小于零表示系统对外界做功；Q大于零表示外界向系统传递热量，小于零表示系统向外界传递热量。

必修课本中我们学习了机械能守恒定律，现在有了热力学第一定律，那么，是不是所有的能量都是守恒的呢？俄国的盖斯发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同，这表明，相同的化合物所含的热量相同。

德国医生迈尔通过对船员的血液发现，热带船员的血液比在其它地方更红，是因为热带温度较高，人体需要消化食物得到的热量较少，血液中的氧气消耗也少，所以血液含氧量更高，又通过船员了解到，热带风暴中的海水温度更高，这是海水的动能变成了内能。

1845年，英国的焦耳通过热功当量等实验验证了能量的转化和转移，并且测量了热功当量，找到了焦耳与卡路里的换算系数。

德国的亥姆霍兹也对动能和势能的转化提出了看法，还得电磁学中的能量转化找到了规律，在众多科学家的努力下，一个重要定律出现了，这就是能量守恒定律，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，能量的总量保持不变。

这个定律说明，自然界的能量是守恒的，只能转化和转移，我们平时用燃料产生热，是化学能转化成了内能，吸热的化学反应，是内能转化为化学能。

发电机是机械能转化为电能，电动机则相反，灯泡发光是电能转化为光能，光合作用是光能转化为化学能，核电站是核能转化为电能，水电站是水的机械能转化为电能。

当时机械工业比较发达，有很多人想制造一种机器，不用消耗任何能源，就能自己工作，对外做功，这种机器称为“永动机”。

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。