6-2 内能 热力学第一定律

物理热力学第一定律知识点归纳总结第二讲热力学第一定律§2.1 改变内能的两种方式热力学第一定律2．1．1、作功和传热作功可以改变物体的内能。

如果外界对系统作功W。

作功前后系统的内能分别为、，则有没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。

它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。

在热传递中被转移的内能数量称为热量，用Q表示。

传递的热量与内能变化的关系是做功和传热都能改变系统的内能，但两者存在实质的差别。

作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。

是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递；传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。

2．1．2、气体体积功的计算1、准静态过程一个热力学系统的状态发生变化时，要经历一个过程，当系统由某一平衡态开始变化，状态的变化必然要破坏平衡，在过程进行中的任一间状态，系统一定不处于平衡态。

如当推动活塞压缩气缸中的气体时，气体的体积、温度、压强均要发生变化。

在压缩气体过程中的任一时刻，气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同，在靠近活塞的气体压强要大一些，温度要高一些。

在热力学中，为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律，我们引进准静态过程的概念。

如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时，各时刻的状态也就非常接近平衡态，过程就成了准静态过程。

因此，准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况对于一定质量的气体，其准静态过程可用图、图、图上的一条曲线来表示。

注意，只有准静态过程才能这样表示。

2、功在热力学中，一般不考虑整体的机械运动。

热力学系统状态的变化，总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。

在力学中，功定义为力与位移这两个矢量的标积。

在热力学中，功的概念要广泛得多，除机械功外，主要的有：流体体积变化所作的功；表面张力的功；电流的功。

(1)机械功有些热力学问题中，应考虑流体的重力做功。

1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，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。

这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。

一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。

总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。

所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。

设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。

人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。

第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。

到了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不变的当量关系。

想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。

1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。

至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。

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．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。

它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。

也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。

人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。

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。

热力学第一定律与内能热力学是研究能量转化和守恒的物理学分支。

作为热力学的基本原理，热力学第一定律与内能密不可分。

本文将探讨热力学第一定律与内能的关系及其在能量转化中的应用。

一、热力学第一定律的概念与原理热力学第一定律又称能量守恒定律，是指在系统内部能量转化过程中，能量的增加或减少等于系统对外界做功加上或减去系统所吸收或放出的热量。

热力学第一定律可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统所吸收或放出的热量，W代表系统对外界做的功。

二、内能的定义与内能变化内能是指系统的微观粒子的能量之和，包括粒子的动能和势能。

内能的变化可以通过系统吸收或放出的热量和对外界做的功来描述。

根据热力学第一定律的表达式，内能的变化可以表示为：ΔU = Q - W当系统吸热时，Q为正值，表示系统从外界吸收热量，增加内能；当系统放热时，Q为负值，表示系统向外界释放热量，减少内能。

对于做功过程，当系统对外界做功时，W为正值，表示系统做功减少内能；当外界对系统做功时，W为负值，表示系统对外界做功增加内能。

三、热力学第一定律与能量转化的应用热力学第一定律与内能密切相关，广泛应用于各个领域的能量转化过程中。

以下是一些常见的应用场景。

1. 热机热力学第一定律在热机中有重要应用。

热机是指通过吸收热量将热能转化为机械能的装置。

根据热力学第一定律，热机的效率可以表示为：η = W/Qh其中，η表示热机的效率，W为热机对外界做的功，Qh为热机从高温热源吸收的热量。

热机的效率随热量转化的方式、工作温度等因素而变化，热力学第一定律为热机的设计和优化提供了理论基础。

2. 化学反应热力学第一定律也适用于化学反应的能量变化。

化学反应通常伴随着热量的吸收或放出，根据热力学第一定律的原理，化学反应的热效应可以通过内能变化来表示。

例如，当化学反应放出热量时，反应物的内能减少，产物的内能增加；当化学反应吸收热量时，反应物的内能增加，产物的内能减少。

热力学第一定律与内能热力学是研究物质之间热和功的相互转化和传递关系的学科。

其中，热力学第一定律是指能量的守恒原理，即能量不会自行产生或消失，只能在不同形式之间互相转化。

而内能作为系统的一种宏观观察物理量，是体系内各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。

一、热力学第一定律热力学第一定律是指在自然界中能量守恒的基本原理。

即在一个封闭系统中，能量的改变等于系统所接收的热量和所做的功之和。

数学表达式上，热力学第一定律可以表示为：ΔU = Q + WΔU代表系统内能量的变化，Q代表系统吸热量，W代表系统所做的功。

在这个公式中，内能的变化可以有两个方向：正向表示系统内能增加，负向则表示系统内能减少。

而系统吸热和做功对这个内能变化贡献的方向则与内能变化的方向相反。

二、内能的概念内能是热力学中一个重要的概念，指的是一个封闭系统中各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。

内能的表达式可以表示为：U = E + E_int其中，E代表系统的宏观动能，E_int代表系统的微观相互作用能。

内能与系统之间的热量和功关系密切。

当一个系统吸收热量时，系统内能增加；当系统做功时，系统内能减少。

内能还与物质的性质和状态有关。

不同物质、不同状态下的物质具有不同的内能。

例如，在相同的温度和压强下，液体的内能一般比气体的内能小。

三、内能的转化根据热力学第一定律，内能可以通过吸热和做功来进行转化。

这种转化可以是系统内能增加或减少的过程。

1. 吸热转化当系统吸收热量时，热量会增加系统的内能。

这个过程可以用以下公式表示：ΔU = Q其中，ΔU代表内能的变化，Q代表系统吸收的热量。

当Q为正时，表示系统吸收热量增加了系统的内能；当Q为负时，表示系统放出热量，内能减少。

2. 做功转化当系统做功时，系统内能会减少。

这个过程可以用以下公式表示：ΔU = -W其中，ΔU代表内能的变化，W代表系统所做的功。

当W为正时，表示系统做功，内能减少；当W为负时，表示外界对系统做功，内能增加。

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。

热力学第一定律及其思考热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的原理之一、它表达了能量在物体间的转化与传递过程中的守恒关系。

热力学第一定律通过对系统的能量进行计量和分析，揭示了能量的转化过程中存在的一些基本规律和限制条件，为热力学研究奠定了基础。

ΔU=Q-W其中，ΔU代表系统内部能量的变化，Q代表系统从外界吸收的热量，W代表系统对外界做的功。

1.能量守恒：热力学第一定律表明，能量在系统内外之间的转化和传递是守恒的。

在一个封闭的系统中，能量可以从一个形式转化为另一个形式，但其总量保持不变。

例如，当一个物体吸收了一定量的热量时，它的内能会增加；而当物体对外界做功时，它的内能会减少。

这种能量的转化和变化是相互关联的，且总能量守恒。

2.能量传递与转化：热力学第一定律表明，能量由高温物体传递给低温物体的过程中，总是伴随着一定量的热量传递和对外界做的功。

热量传递是通过热传导、对流和辐射等方式进行的，而对外界做的功则是通过物体对外部施加一定力的过程实现的。

这种能量的传递和转化使得物体的内能发生变化，从而影响其宏观性质。

1.能量转化的效率：根据热力学第一定律，能量的转化总是会伴随有一些能量的损失或浪费。

例如，热机的效率就是指输入的热量与输出的功之比，而这个比值永远小于1、这表明在实际的能量转化过程中，总是会有一部分能量以热量的形式散失，无法转化为有用的功。

因此，在热力学的分析和应用中，我们需要考虑如何提高能量转化的效率，以减少能源的浪费和环境污染。

2.能量平衡与系统稳定：热力学第一定律也可以作为一个宏观系统的能量平衡方程。

通过分析能量的输入、输出和转化过程，可以评估系统的稳定性。

当能量输入和输出相等时，系统达到了平衡状态；而当能量输入和输出不平衡时，系统就会发生变化和调整，以寻求新的平衡状态。

通过理解和应用热力学第一定律，可以帮助我们研究和控制宏观系统的能量平衡，从而实现系统的稳定和优化。

3.能量与环境：能量的转化和传递过程不仅影响着物体的性质和行为，也与环境之间存在着密切的关系。