热力学第一定律

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，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，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。

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。