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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1

热力学第一定律1


e2 p2v2 u2 ek 2 e p 2 p2v2 h2 gz2
e1 p1v1 u1 ek1 e p1 p1v1 h1 gz1
q (h2 h1) (c c ) g(z2 z1) W
2 2 2 1
Qnet=Wnet
qnet＝wnet
系统吸热为正，对外做功为正， 正负号规定： 热力学能增大为正;反之为负。
[例1] 一定量气体在气缸内体积由0.9 m3可逆地膨胀到 1.4m3，过程中气体压力保持定值，且p＝0.2MPa。若 在此过程中气体热力学能增加12000J，试求： （1）此过程中气体吸入或放出的热量。 （2）若活塞质量为20kg，且初始时活塞静止，求终 态时活塞的速度。已知环境压力p0 = 0.1MPa。
开、出口处工质的状态不随时间而变； (2)进、出口处工质流量相等且不随时间而 变，满足质量守恒条件； (3)系统和外界交换的热和功等一切能量不 随时间而变，满足能量守恒条件。
热力系统在任何截面上 工质的一切参数都不随 时间而变的流动。
稳定工作的电热水器：进口质量ｍ1与出口质 量m2相同，热水器向外界散失热量为Q，电 热元件的电功为W. 根据热力学第一定律最基本表达式：
解：（1）取气缸内的气体为系统。是闭口系，其能量方程为
Q U W
由题意，U＝12000 J。由于过程可逆，且压力为常数，故
W pdV p（V2 V1） 100000 J
1
2
故
Q ＝12000＋100000 ＝112000 J
因此，过程中气体从外界吸热 112000 J。
闭口系统的热力学第一定律表达式
一般式 Q = U + W dQ = dU + dW
第一章 热力学第一定律

第一章 热力学第一定律

pdV pvdm
对于单位质量工质，
wf pv
流动功是由泵或风机加给被输送工质并随 工质流动向前传递的一种能量，非工质本身具 有的能量。
40
二、开口系统的稳定流动能量方程 在 时间内,
进口质量 m1、 流 速 cf1、 标 高 z1
出口质量 m2、 流 速 cf2、 标 高 z2
稳定流动：
34
（2）示热图 在可逆过程中 单位质量工质与外 界交换的热量可以 用T-s 图（温熵图） 上过程曲线下的面 积来表示。 温熵图也称 示热图
q Tds
1 2
例1-5
35
§1-5
热力学第一定律及其解析式
一、热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质就是热力过程中的 能量守恒和转换定律 ，可表述为 ：
W pAdx pdV
对于可逆过程1～2： W

2 1
pdV
30
单位质量工质所作的膨胀功用符号w 表 示，单位为J/kg 或 kJ/kg。
w pdv
膨胀：dv > 0 , w > 0 压缩：dv < 0 , w < 0 (2) 示功图（p-v图） w的大小可以 pv 图上的过程曲线下 面的面积来表示 。 功是过程量而不 是状态量。
w pdv
1
2
31
二、热量与示热图
（1）热量 系统与外界之间依靠温差传递的能量称 为热量。符号：Q ；单位：J 或kJ。 单位质量工质所传递的热量用q 表示，单 位为 J/kg 或 kJ/kg。 热量正负的规定： 系统吸热：q > 0 ; 系统放热：q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过 程中所传递的能量，都是过程量而不是状态量
物理化学第一章 热力学第一定律1

物理化学第一章 热力学第一定律1


• 二. 等容过程的热效应
• • • 设体系只作 体积功, 对于等容过程有:
U＝Q＋W＝QV （∵W＝－∫pdV=0 )
上式的物理含义为： 简单体系的等容过程一般为变温过程，其热量为： QV＝∫CV dT 简单体系等容过程的内能改变值为： U＝QV＝∫CV dT ＝CV T （当体系的热容为常量时） 注意：等容过程的热效应等于体系内能的变化是有条件的， 此条件是，在此过程中，体系不作有用功。
•热容的单位是: J.K-1, 单位重量物质的热容称为比热， 单位是：J.K-1.kg-1. •1mol物质的热容称为摩尔热容(J/K.mol)，记为：
•
CV,m或Cp,m
• 二、物质的热容 • 1. 理想气体的热容： • 能量均分原理：
• 每个分子能量表达式中的一个平方项对内能 的贡献为1/2kT，对热容的贡献为1/2k.
第一章 热力学第一定律 （first law of thermodynamics）
•
• • • • • E: T: V: U:
物质的能量: 任何物质所包含的能量为:
E = U+T+V
物质所含的全部能量,即总能量. 物质具有的宏观动能, 如: T=1/2· 2. mV 物质所具有的势能, 如重力势能等. 物质的内能,含粒子的平动能、转动能、振动 能、核运动能量、电子运动能量和分子间势 能等.
当高温物体与低温物体相接触时，热素将从 多的一方流向少的一方，于是，高温物体温度 降低，低温物体温度升高。
1840年 ，英国科学家Joule做了一系列实验，证 明了热量就是能量。并从实验数据得出了热功当 量：Joule发现把一磅水提高一华氏度，需消耗 772英尺－ 磅的机械能，相当于1cal=4.157 J。
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

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
第八章 热力学第一定律1

第八章 热力学第一定律1


i2 2 , i i 1
R 1 T1 T2 p1V1 p2V2 A 1 1
V 1 p1V1 1 1 1 V2
１
气体的摩尔定压热容为：
C p ,m 1 dQ 1 dE p dV dT p dT p dT p
i E RT , pV RT 2
C p,m
i RR 2
Qp C p,m T2 T1 C p,mT
QV CV ,m T2 T1 CV ,mT
热力学第一定律为： dQV dE 理想气体内能：
i E RT 2
i E RT CV , m T 2
i E RT CV , m T 2
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1
V
( p1 ,V , T1 )
p p1
p2
V T 1 ( p1, 1, )
p p1
2
V2
1 ( p1, 1, ) V T
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
p2
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
2
V2
o
V
o
V
QT
E
A
QT
E
A
等温膨胀，从外界吸热，等温压缩，气体对外界放热
例题8.1
气体等温过程：vmol的理想气体在保持温度T不变 的情况下，体积从V1经过准静态过程变化到V2。求 这一等温过程中气体对外做的功和它从外界吸收的 热。 解： pV=vRT 代入(9)式：
间为1s。内燃机的压缩时间0.01s。均可视这一过程为准静 态过程 • 3 准静态过程的表示方法：p-V图（p-T图、V-T图） a 曲线上的每一个点都是一个 准静态过程 b 非平衡态不能用一定的状态 参量描述，即不能表示为状态 图中的一条线!
什么是热力学第一定律

什么是热力学第一定律

什么是热力学第一定律？热力学第一定律是热力学的基本原理之一，也被称为能量守恒定律。

它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。

热力学第一定律可以通过以下几个方面来解释：1. 能量守恒：热力学第一定律表明，在一个封闭的系统中，能量不能被创建或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。

系统的总能量保持不变。

2. 内能：内能是物质系统中分子和原子的热运动能量的总和。

热力学第一定律描述了内能的转化和守恒。

当一个物质系统发生能量转移时，其内能会发生相应的变化。

3. 热量和功：热力学第一定律将能量转移分为两种方式：热量和功。

热量是由于温度差异而传递的能量，而功是通过外界对系统施加的力来进行的能量转移。

4. 系统的能量平衡方程：热力学第一定律可以用一个能量平衡方程来表示。

根据这个方程，系统的内能变化等于系统所接收的热量减去系统所做的功。

热力学第一定律的应用：热力学第一定律在许多领域有广泛的应用，包括工程、化学、天文学等。

以下是一些应用示例：1. 热效率：热力学第一定律可用于计算热机的热效率。

热机是将热能转化为机械能的设备，如汽车发动机和蒸汽轮机。

根据第一定律，热机的热效率定义为所产生的功与所吸收的热量之比。

2. 化学反应：热力学第一定律可以用于研究化学反应的能量变化。

化学反应中的能量变化可以通过测量反应的热效应来获得，例如焓变。

3. 热力学循环：热力学第一定律对于分析和设计热力学循环非常重要。

热力学循环是一种将热能转化为功的过程，如蒸汽动力循环和制冷循环。

根据第一定律，循环过程中的能量转移必须满足能量守恒。

4. 天体物理学：热力学第一定律在天体物理学中也有重要的应用。

它可以用于研究星体的能量转移和恒星的能量产生。

通过分析恒星的内部能量转化过程，我们可以了解恒星的演化和能量平衡。

总结起来，热力学第一定律是能量守恒的基本原理。

它描述了能量在物质系统中的转化和守恒。

热力学第一定律在能量转移、热效率、化学反应、热力学循环和天体物理学等领域具有重要的应用价值。

热力学第一定律

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1

热力学第一定律1

热力学第一定律的表述方法很多，但 都是说明一个问题 能量守恒。
例如：热力学第一定律的一种表述为: “第一类永动机不可能存在的”
不用供给能量，本身也不减少能量， 而可连续不断对外工作的机器叫第一 类永动机。
二、内能 内能 U：
• 内能是系统内部的能量（不包括整个系统 本身的势能、运动动能等）；其绝对值包 含了系统中一切形式的能量。
化学反应系统达平衡后，宏观上反应 物和生产物的量及组成不再随时间而改
变，处于化学动态平衡。
§1.3 热力学第一定律
一、能量守恒原理
能量不能无中生有，也不能无形消灭， 这一原理早就为人们所认识。但直到十 九世纪中叶以前，能量守恒这一原理还 只是停留在人们的直觉之上，一直没有 得到精确的实验证实。
五、过程与途径
1. 过程：系统的状态发生了变化，需要一个 “过程”（与“途径”相比，它具有“时 间”的意味）。
例如：
系统的状态在变化“过程”中（这段时间 里）温度保持不变，且等于环境温度，称 之为“等温过程”；若变化前后压力不变， 且等于环境压力，称之为“等压过程”； 还有“等容过程”。
绝热过程 过程中系统与环境之间没有热交换。
图 1. 系统与环境示意图
二、系统的分类
根据系统与环境的关系，系统可分三类：
1.敞开系统：系统与环境间既有物质交换， 也有能量交换（如：热交换，图 1.1）；
2.封闭系统：系统与环境间没有物质交换， 只有能量交换（功、热交换等，图 1.2）；
3.孤立（隔离）系统：系统与环境间既无物 质交换，也无能量交换，图 1.3）。
推论
由于系统状态函数之间并非完全独立， 所以要确定一个系统的热力学状态，并 不需要确定其所有的状态函数，而只要 确定其中几个。
热力学第一定律复习

热力学第一定律复习

11/46 11/46
所以上述两过程 W≈0
20112011-4-2
祝大家学习愉快，天天进步！ 祝大家学习愉快，天天进步！
3、相变化
（2）有气体参加的过程 例:蒸发 B（l）→ B（g）
定温、定压，W’ =0 时 可逆相变 定温、定压，
Q p =∆ g H l
W = − p∆V = − p (Vg − Vl ) ≈ − pVg ≈ −nRT
20112011-4-2
祝大家学习愉快，天天进步！ 祝大家学习愉快，天天进步！
13/46 13/46
3、相变化
可逆相变
气液间可逆相变（ 气液间可逆相变（恒T、P）P是液体在T时的饱和蒸汽压。 可逆相变 是液体在T时的饱和蒸汽压。 气固间可逆相变 可逆相变（ 是固体在T时的饱和蒸汽压。 气固间可逆相变（恒T、P）P是固体在T时的饱和蒸汽压。 固液间可逆相变 可逆相变（ 是固体在P时的熔点。 固液间可逆相变（恒T、P）T是固体在P时的熔点。
∆U = Q + W ≈∆ g H − nRT l
[一般在大气压及其平衡温度下的相变（可逆相变） 一般在大气压及其平衡温度下的相变（可逆相变） 焓数据可查文献，是基础热数据， 焓数据可查文献，是基础热数据，其与压力关系不 因此不标明压力] 大，因此不标明压力]
20112011-4-2 祝大家学习愉快，天天进步！ 祝大家学习愉快，天天进步！ 12/46 12/46
由热力学稳定单质生 （6） 标准摩尔生成焓：一定温度下由热力学稳定单质生 ） 标准摩尔生成焓：一定温度下由热力学稳定单质 的物质B的标准摩尔反应焓 的物质 的标准摩尔反应焓， 成化学计量数 νB=1的物质 的标准摩尔反应焓，称为物质 B在该温度下的标准摩尔生成焓。 ∆f H m ( B )表示 在该温度下的标准摩尔生成焓 在该温度下的标准摩尔生成焓。 没有规定温度， 时的数据有表可查。 1）没有规定温度，一般298.15 K时的数据有表可查。 3）由定义可知：稳定态单质的 ∆f Hm ( B) = 0 稳定态单质的 （6） 标准摩尔燃烧焓:一定 标准摩尔燃烧焓:一定温度下， 1mol物质 B 与 氧气进行完全燃烧反应，生成规定的燃烧产物时的 标准摩尔反应焓，称为B在该温度下的标准摩尔燃烧 焓。 ∆ Hm ( B) 表示.单位：J mol-1 c

热力学第一定律

热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本原理之一，也被称为能量守恒定律。

它描述了能量的转化和守恒，对于揭示物质的能量变化和热力学性质具有重要的意义。

本文将深入探讨热力学第一定律的概念、原理和应用。

热力学第一定律的概念热力学第一定律是由英国物理学家焦耳在19世纪提出的。

它可以简洁地表述为能量守恒定律，即能量既不能被创造也不能被摧毁，只能在不同形式之间转化。

这意味着一个封闭系统中的能量总量是恒定的，能量既不能消失也不能产生。

当一个系统经历能量的转化时，其总能量保持不变，只是能量的形式和分布发生改变。

热力学第一定律的原理热力学第一定律的原理可以通过以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

这个公式表明，系统内部能量的变化等于系统吸收的热量与系统对外做的功之间的差值。

当系统吸热时，ΔU为正，系统内部能量增加；当系统放热时，ΔU为负，系统内部能量减少；当系统对外做功时，ΔU 为负，系统内部能量减少；当系统由外界做功时，ΔU为正，系统内部能量增加。

热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学领域有着广泛的应用。

下面将介绍热力学第一定律的几个重要应用。

1. 热机效率计算热力学第一定律在热机效率计算中起着重要的作用。

热机的效率是指能够转化为有效功的热量与燃料能量之间的比例。

通过热力学第一定律的应用，我们可以计算出热机的效率，从而评估其性能。

2. 平衡热量计算在热平衡过程中，热力学第一定律可以用于计算平衡热量。

平衡热量是指系统从一个状态到另一个状态的过程中吸收或释放的热量。

通过应用热力学第一定律，我们可以计算系统在不同温度下的平衡热量，并进一步了解能量转化过程。

3. 定常流动计算在工程领域中，很多设备和系统都涉及流体的流动。

热力学第一定律可以用于定常流动过程的计算。

这种定常流动的例子包括空调系统、燃料电池、蒸汽涡轮等。

通过应用热力学第一定律，我们可以计算能量损失和效率，从而优化系统性能。

热力学第一定律知识点总结

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。

1 热力学第一定律

第一章热力学第一定律1．“根据道尔顿分压定律p＝∑B p B压力具有加和性，因此是广延性质。

”这一结论正确否？为什么？答：不对。

压力与温度一样是强度性质。

不具有加和性，所谓加和性，是指一个热力学平衡体系中，某物质的数量与体系中物质的数量成正比，如C p＝∑n B C p，m(B)。

而道尔顿分压定律中的分压p B是指在一定温度下，组分B单独占有混合气体相同体积时所具有的压力。

总压与分压的关系不是同一热力学平衡体系中物量之间的关系，与物质的数量不成正比关系，故p＝∑p B不属加和性。

本题所犯错误是把混和气体中总压p与各组分分压p B关系误认为是热力学平衡体系中整体与部分的关系。

2．“凡是体系的温度升高时就一定吸热，而温度不变时，体系既不吸热也不放热”，这种说法对否？举实例说明。

答：不对。

例如：绝热条件下压缩气体，体系温度升高，但并未从环境中吸热。

又如：在绝热体容器中，将H2SO4注入水中，体系温度升高，但并未从环境吸热。

再如：理想气体等温膨胀，从环境吸了热，体系温度并不变化。

在温度不变时，体系可以放热或吸热，相变时就是这样。

例如水在1atm、100℃下变成水蒸气，温度不变则吸热。

3．－p(外)d V与－p(外)ΔV有何不同？－pV就是体积功，对吗？为什么在例2中－pV m(g)是体积功？答：－p(外)d V是指极其微小的体积功。

－p(外)ΔV是在指外压不变的过程体积功。

即在外压p不变的过程中体积由V1变化到V2(ΔV＝V2-V1)时的体积功。

－pV不是体积功，体积功是指在外压(p外)作用下，外压p与体积变化值（d V）的乘积。

V与d V是不同的，前者是指体系的体积，后者是体积的变化值。

体积变化时才有体积功。

例2中的－pV m(g)实为－p［V m(g)-V m(l)］，在这里忽略了V m(l)，这里的V m(g)实为ΔV＝V m(g)-V m(l)，因此－pV m是体积功。

4．“功、热与内能均是能量，所以它们的性质相同”这句话正确否？答：不正确。

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


三、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种 机器叫永动机。人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动 机。
为什么永动机不能制成？
违背能量守恒定律
能量守恒定律重要性：宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭
一、热力学第一定律
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.
ΔU＝W + Q
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 变化量是多少？内能是增加了还是减少了？
变式训练1：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了 4.2 ×105J。 问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？ ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了 1.6×105J，这一过程做功情况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得
分析：
ΔU＝W + Q
W=-135J
得： ΔU=-220J <0 Q=-85J
请你通过这个例子总结ΔU、 Q、 W几个量取正、负值的意义。
定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 W Q ΔU + + + 意义 符号 － － － 意义 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少
外界对系统做功
系统吸收热量 内能增加
4.2 ×105J = W + 2.6×105J W =1.6×105J W为正值，外界对气体做功， 做了1.6×105J 的功。 ②根据ΔU = W + Q 得 1.6 ×105J = W+ 2.6×105J W= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外界 做功（气体体积变大），做 了1.0×105J 的功。

物理化学1 热力学第一定律

功的分类
体积功 功 非体积功 W’ 电功 表面功 光 轴功，等
1、体积功的计算
p外 dV
若体积膨胀或压缩dV (即V→V+dV)，则
W p外dV
W p外dV
V1 V2
系统，V
使用该公式注意： （1）不论系统是膨胀还是压缩体积功都用-p外dv来计算， 不能用系统压力p，pV或Vdp都不是体积功； （2）此处W与热力学第一定律△U=Q+W中的W不同； （3）公式中的负号。
作业：p19 习题14。
第一章 热力学第一定律
§1.6 理想气体的内能和焓
实验结果：没有发现水温的 变化，也就是ΔT=0，系统与 环境没有热交换，Q=0。 W=0 ΔU=0
结论：在温度一定时气体的 内能U是一定值，而与体积无 关。
第一章 热力学第一定律——理想气体的内能和焓
U U dU dT dV T V V T
第一章 热力学第一定律——理想气体的内能和焓
理想气体的等温可逆过程：
U 0,
H 0
U Q W Q W
Q W
V2
V1
nRT V2 p1 dV nRT ln nRT ln V V1 p2
§1.7 热 容
1、定容热容和定压热容
热容的定义：系统每升高单位温度所需要吸收的热。
热力学物理量 状函数
过程量
Ⅰ (过程量)
A
(状态 函数) Ⅱ (过程量)
B
(状态 函数)
(1) Ⅰ和Ⅱ的过程量一般不同：QⅠ≠ QⅡ， WⅠ≠ WⅡ Ⅰ和Ⅱ的状态函数变化相同：YⅠ＝ YⅡ (2) 一般Q ≠-Q逆， W ≠-W逆； 但Y ＝- Y逆
3. 热力学第一定律的数学表达式 当一系统的状态发生某一任意变化时，假设系统吸收 的热量为Q，同时做出的功为W，那么根据第一定律， 应当有下列公式：
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焦耳在1843年曾做过的低压气体的自由膨胀实验，实验装置：
过程完成后温度没有变化，dT = 0
气体向真空膨胀，P外＝0 ，We＝－P外· △ V ＝0
温度没有变化，△ T = 0 ,说明膨胀过程中， 体系与环境没有交换热量Q=0， 由第一定律可知，此膨胀过程中△U=0 即 dT = 0 , dU=0 实验结论：在一定温度时气体的内能U是一定值， 而与体积无关。
（1）恒温过程（isothermal process） 体系的初始温度与终态的温度相同，
并且等于环境的温度
（2）恒压过程（isobaric process） 体系的初始压力与终态的压力相同，
并且等于环境的压力。
（3）等容过程（isochoric process） 体系的容积不发生变化，dV=0 （4）绝热过程（adiabatic process） 体系与环境间不存在热量传递。 （5）循环过程（cyclic process） 体系由某一状态出发，经过一系列的变化又回到 原来的状态。循环过程前后，所有状态函数变化 量均为 0 。
始 态 终 态
ΔZ有确定值
（2） 体系变化的始态、终态确定， 状态函数的改变量就有定值； 而与变化过程和具体途经无关无关； (3)无论经历多复杂的变化，只要系统 恢复原态，状态函数恢复原值， 对于循环过程，状态函数值变为零。
始 态
ΔZ＝0
理解: 若Z代表体系的状态函数， 则Z值只取决于体系的状态， 体系由A态，改变到B态，Z值的改变量为△Z = ZB –ZA
的认识是无止境的，所以内能绝对值不知道。
（2）内能是体系的状态函数 , 具有全微分性质
体系状态发生改变时，其内能的改变值只决定于 体系的始终态而与过程无关。
(3).内能具有能量量纲，具有加和性， 是广度性质状态函数。
§2-2 热力学第一定律
一、热力学第一定律的内容
热力学第一定律
(The First Law of Thermodynamics)的主要内容，
（6）可逆过程： 体系与环境的相互作用无限接近于 平衡条件下进行的过程
可逆过程的四个特点：
①每一步无限接近平衡 ②无限缓慢 ③可步步回复，原路返回，体系和环境可同时复原 ④效率最大 可逆过程并不存在，只是一种理论模型(如同理想气体)
2 途径
完成一个过程，可以经过不同的具体路线，具体步骤， 这些所经历的具体路线，具体步骤就叫做不同的途径， 途径就是完成一个过程的具体步骤。 例：一化学反应
第二章
热力学第一定律
热力学是研究热和其他形式能量间相互转化的规律
1) 研究系统宏观性质间的关系，如P、V、T之间的关系； 2) 研究变化过程中的能量效应； 3) 研究在一定条件下，变化的方向和限度问题。
理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律 1850年，Joule提出，主要研究热和其他
(1)一个系统的能量由三部分组成：系统整体运动的动能ET 、
系统作为整体在外力场中的势能EV 、系统内部的能量(内能)。 热力学中研究的系统是无外力场存在(EV＝0)、相对静止 (ET＝0)的，所以只研究体系内部的能量； 简单的说内能就是体系内部的能量. 由于物质是无限可分的，人们对物质内的结构及其运动形式
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。
热力学第一定律有如下表述方式： 1)不供给能量而连续不断对外作功或者少供能量而多做 功的第一类永动机是不可能的。 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当量关系。
用数学式表达为： 对于微小变化有：
U Q W
dU Q W
热力学第一定律含义
1.说明了内能、热、功可以相互转化； 2.说明了转化时的数量关系 功和热都是能量的传递形式，不是状态函数，是过程量 一个体系从同一个始态到同一个终态，可以经历不同的途径。 Q、W数值可能不同，但代数和是相同的， Q+W＝△U，为状 态函数U的变量。 Q1+W1＝△U1 ＝△U2 = Q2+W2
4. 状态函数 热力学性质与体系的状态具有单值函数关系
(单值对应关系)，故将描述和规定系统状态的宏
观性质，称为状态函数或热力学函数。 描述系统状态的性质叫做状态函数 。
说明：状态函数的概念非常重要，热力学主要是跟状态 函数打交道，其共同特征 （1） 体系的状态一定，状态函数有确定值； 与系统达到该状态前的变化经历无关。
2. 状态
描述一个平衡态系统，必须确定它所有的性质，如：T. P. V等。 物理性质和化学性质的综合表现就称体系的状态 理解:当T、P、V等宏观性质都有确定值，体系 处于某一确定状态；体系某一个性质发生改变，那 么体系的状态也就会发生改变 反之，体系的状态发生改变，体系的某些性质一定发生了改变 体系处在一定的状态，热力学性质有确定之值， 与系统达到该状态前的变化经历无关； 状态改变，热力学性质也随之改变。
例如：如图所示，当系统分割成二个部分时， 有的性质具有加和性，有的性质不具有加和性。 显然V＝V1＋V2 H2(I) ,P1 但 P≠P1＋P2 H2 T≠T1＋T2 T1 ,V1 假想一界面 P 而有 P=P1=P2， T T=T1=T2 H (II) ,P
2
2
V
T2 ,V2
(1)广延性质
也称容量性质，其数值与物质的量成正比，如： 质量，体积，内能等。广延性质具有加和性。 (2) 强度性质
根据体系与环境的相互作用关系，可将体系分为三类： (1) 敞开体系 体系与环境间既有物质交换，又有能量交换； (2) 封闭体系 体系与环境间只有能量交换； (3) 孤立体系 体系与环境既无物质交换也无能量交换。
在本章中， 若没有作特 别的说明， 系统均是指 封闭系统。
二 、状态和状态函数
热力学平衡态
体系与环境间除热以外其它各种形式的传递的能 量，称作功(work)。 功也是一种传递的能量，与过程有关，不是体系 本身的性质。规定体系对外做功为负值，环境对体 系做功为正值。
功都可以概括为两个因子的乘积： 功的形式=强度性质×广度性质的改变量
在热力学中把功分为两大类，一是体积功，一是非体积功。 体积功:因体系体积改变，反抗环境压力而做功 非体积功(其它功):体积功以外的各种功 本章只讨论体积功
理解：

①能量交换方式有两种，一种叫热，一种叫功 ②热和功都是能量传递形式，与过程有关，不是系统本身的 性质。 ③热和功的数值大小与状态变化所经历的具体途径有关，途 径不同，功和热的数值也不同。 ④Q和W都是过程量，而不是状态函数，因此Q和W的微小 变化，不能用全微分符号d表示，只能表示为δQ 、δw。
形式能量相互转化的守恒关系。 热力学第二定律 1848年和1850年分别由开尔文和克劳修斯 建立,主要研究热和其他形式能量相互转化的方向性问题。
§2-1 热力学基本概念
一 、体系与环境
在热力学中，为了明确讨论或研究的对象，常常将 所研究的一部分物质或空间与其余的物质和空间分开， 构成体系；体系之外与体系密切相关、相互影响的其 他部分称为环境。 体系可以是实际存在的，也可以是想象的。体系与 环境间的界面可以是真实的界面，也可以是虚构的界 面。 (如选取空气中的O2 为研究系统，则它与N2及其 他气体之间就没有实际的分界面)
对于一定量的理想气体，内能可以表示为T、V 两个变量的函数
U U dU dT dV T V V T
将焦耳试验结果代入上式
dT 0, dU 0
U U dV 0 dV 0 0 V T V T
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) 隔离系统能量守恒 3)内能是系统的状态函数
热力学第一定律无法给予数学证明，
但由它导出的结论都毫无例外地与事实相符，
其正确性是不容置疑的。
二 热力学第一定律的数学表达式
根据能量守恒原理，对封闭体系任何过程中 体系的内能的增加值一定等于它吸收的热与它 所接受的功之和。
（4） 状态函数之间互为函数关系。 状态函数是相互联系，相互制约，一个状态函数的 改变，也会引起另一个状态函数的改变 。
例如对于一定量气体，体积V、温度T、 压力P。可把T 、P 当作状态变量，V当作它们的函数，记为V=f(T,P)；也可把P当 作V、T的函数，记为P=f(T.V) ；
体系的始态、终态确定，状态函数的改变量就有定值；
Z Z Z dZ dT dV dP T P ,V V T,P P T,V
4.性质：表征系统状态的物理量，如P、V、T、粘 度、密度、焓等，称为系统的宏观性质。 系统的性质可分为两类：广度性质和强度性质。
U 0 V T
同理可得
此式说明，温度不变，改变体积，理 想气体的内能不变，即内能仅仅是温度 的函数，与体积无关。


体积功的计算
1．体积功定义式
δW= F· dL P外 AdL
P 外d ( AL)
=－P外· dV
系统反抗环境压力作功， 或环境压力对系统作功，
气体膨胀 dV >0 ，对环境作功， δW < 0 , 且dP外 > 0 ，故加“－”号
故计算体积功用 P外
2.体积功基本计算公式
3.不
途径Ⅰ
1 1 O 2 2 C O2 CO CO2 途径Ⅱ 2
四 热和功
体系从一个状态变到另一个状态，如果能量改变，根据能量 守恒定律，体系在变化过程中必然与环境发生了能量交换。能 量交换方式有两种，一种叫热，一种叫功。