第2章 热力学第一定律
思考题：
1. 对一定量的理想气体，下列单纯PVT过程是否可能：
① 等温下绝热膨胀。
② 等压下绝热压缩。
③ 体积不变，而温度上升，且过程绝热。
④ 吸热而温度不变。
⑤ 温度不变，且压力不变。
2. 在一个带有无摩擦、无质量的绝热活塞的绝热气缸内充入一定量的气体。气缸内壁绕有电阻丝，活塞上方施以一恒定压力，并与缸内气体成平衡状态，如图所示。现通入一微小电流，使气体缓慢膨胀。此过程为一等压过程，故Qp=ΔH，该系统为一绝热系统，则Qp=0，所以此过程的ΔH=0。此结论对否？
3. 已知下述反应的mrH：
① C(石墨) + 0.5 O2(g) == CO(g) )(IHmr
② CO+ 0.5 O2(g) == CO2(g) )(IIHmr
③ H2(g) + 0.5 O2(g) == H2O(g) )(IIIHmr
④ 2H2(g) + O2(g) == 2H2O(l) )(IVHmr
(i) )(IHmr，)(IIHmr，)(IIIHmr，)(IVHmr是否分别是CO(g) ，CO2(g) ，H2O(g)， H2O(l)的mfH？
(ii) )(IHmr，)(IIHmr，)(IIIHmr是否分别是C(石墨)，CO2(g)，H2(g)的mCH？
4. 什么情况下，一个化学反应的mrH不随温度变化？ 选择题：
1. 绝热水箱中装有水，水中绕有电阻丝，由蓄电池供给电流。假设电池放电过程中无热效应，通电后电阻丝和水的温度皆有升高。
A．Q=0，W<0，ΔU<0 B. Q<0，W>0，ΔU>0 C．Q>0，W=0，ΔU>0
D. Q=0，W>0，ΔU>0 E. Q<0，W=0，ΔU<0
① 以电池为系统，水和电阻丝为环境，上述正确的是
② 以电阻丝为系统，水和电池为环境，上述正确的是
第二章 热力学第一定律
第一节 第一定律的实质及热力学能和总能
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它指出：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量总量不变。
热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用。它确定了热力过程中热力系统与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。
一、热力学能
热力学能是与物质内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关的能量。它包括分子移动、转动、粒子震动运动的内动能和分子间由于相互作用力的存在而具有的内位能，故又称内能。内动能取决于分子热运动，是温度的函数，而内位能取决于分子间的距离，是比体积的函数，即
u = f ( T, v )
二、总能
除热力学能外，工质的总能量还包括工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观运动速度而具有动能、因有不同高度而具有位能。前一种能量称之为内部储存能，后两种能量则称之为外部储存能。我们把内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能和位能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能。即
pkEUEE （2-1）
E---总能；
U---热力学能；
Ek---宏观动能；
Ep---宏观位能。
第二节 第一定律的基本能量方程及工质的焓
一、焓
在有关热力计算总时常有U+pV出现，为了简化公式和计算，把它定义为焓，用符号H表示，即
H=U+pV （2-2） 1kg工质的焓值称为比焓，用h表示，即
h=u+pv （2-3）
焓的单位是J，比焓的单位是J/kg。焓是一个状态参数，在任一平衡状态下，u、p和v都有一定得值，因而焓h也有一定的值，而与达到这一状态的路径无关。
当1kg工质通过一定的界面流入热力系统时，储存于它内部的热力学能当然随着也进入到系统中，同时还把从外部功源获得的推动功pv带进了系统。
第二章 热力学第一定律
主要公式及使用条件
1. 1. 热力学第一定律的数学表示式
WQU+=Δ
或 '
ambδδδdδdUQWQpVW=+=−+
规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 pamb为
环境的压力，W’为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。
2. 2. 焓的定义式
pVUH+=
3. 3. 焓变
（1） )(pVUHΔ+Δ=Δ
式中为乘积的增量，只有在恒压下)(pVΔpV)()(
12VVppV−=Δ在数值上等于体
积功。
（2） 2
,m1d
pHnCΔ=∫T
此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，
或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。
4. 4. 热力学能(又称内能)变
此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程。 2
,m1d
VUnCΔ=∫T
5. 5. 恒容热和恒压热
(d
VQU=Δ0,'0)VW==
pQH=Δ(d0,'0)pW==
6. 6. 热容的定义式
（1）定压热容和定容热容 δ/d(/)
ppCQTHT
p==∂∂
δ/d(/)
VVCQTUT==∂∂
V
p
V
R
3
（2）摩尔定压热容和摩尔定容热容
,mm/(/)
ppCCnHT==∂∂
,mm/(/)
VVCCnUT==∂∂
上式分别适用于无相变变化、无化学变化、非体积功为零的恒压和恒容过程。
（3）质量定压热容（比定压热容）
,m//
pppcCmCM==
式中m和M分别为物质的质量和摩尔质量。
（4）
,m,mpVCC−=
此式只适用于理想气体。
（5）摩尔定压热容与温度的关系
2
,mpCabTcTdT=+++
式中a, b, c及d对指定气体皆为常数。
（6）平均摩尔定压热容
2
1,m,m21d/()T
ppTCTTTC=−∫
7. 7. 摩尔蒸发焓与温度的关系
2
1vapm2vapm1vap,m()()dT
pTHTHTCTΔ=Δ+Δ∫
或
vapmvap,m(/)
ppHT∂Δ∂=ΔC
第2章 热力学第一定律
一 基本要求：
1． 深入理解热力学第一定律的实质，掌握热力学第一定律的表达式——能量方程，并熟练应用热力学第一定律解决工程实际中的有关问题。
2． 掌握储存能、热力学能和焓的概念。
3． 掌握体积变化功、流动功、轴功和技术功的概念，计算他们之间的关系。
二 重点、难点：
1． 热力学第一定律的实质。
2． 焓的物理意义。
3． 热力学能及系统总储存能的区分。
4． 开口及闭口系统的能量方程。
5． 技术功、轴功、推动功和膨胀功的联系及区别。 6． 稳定流动能量方程式的应用。
三 典型题精解：
例1：气缸内储有完全不可压缩的流体，气缸的一端被封闭，另一端是活塞。气缸是绝热静止的。试问： （1） 活塞能否对流体做功？
（2） 流体的压力会改变吗？
（3） 若使用某种方法把流体从0.2Mpa提高到4Mpa，热力学能有无变化？焓有无变化？
解：（1）汽缸活塞系统是闭口系统。由于流体不可压缩，流体的体积不会变化，因此流体的
体积变化功为零，活塞不能对流体做功。 （2）根据牛顿第三定律，流体的压力应与外力时时相等，因而当活塞上的作用力改变时，
流体的压力也随之改变。
（3）根据已知条件，汽缸活塞系统与外界无热交换，Q=0，又W=0，由能量方程
Q=∆U+W 知∆U=0，故流体热力学能无变化。 焓H=U+pV，当U，V不变，p提高时，H应增大。
讨论：
（1） 从本题分析可以看到，闭口系统与外界有无功量交换，不在于压力大小或系统压力
有无变化，而在于系统有无体积的变化。
（2） 本题由于系统与外界无热量交换，无功量交换，因而系统的热力学能变化为零，但焓的变化不为零。应将热力学能和焓的概念加以正确区分。
例２．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？
解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，
