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* 热力学第一定律 本章内容 Contents chapter 15 热力学第一定律 first law of thermodynamics cycle Carnot cycle 循环过程 卡诺循环 热力学第一定律对理想气体的应用 application of first law of thermodynamics to ideal gas 第一节 引言 15 - 1 first law of thermodynamics 第一节 引言 15 - 1 first law of thermodynamics 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 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 决定，内能 ，是状态参量 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 和 （或 ）的函数，即 或 。 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 气体压强 活塞面积 气体系统体积变化过程 所做的功（体积功） 元功 气体膨胀 系统对外做正功 气体被压缩 系统对外做负功 与过程有关 体积从 变到 系统所做的功 沿 a c b 过程的功 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。 外 界 质量 M 比热 c 吸收热量 dQ 温度升高 dT 若改用摩尔热容 即1mol的物质温度升 高1K时所吸收的热量 则 的过程中所吸收的热量 系统由温度 T1 变到温度 T2 系统吸收的热量为正 若计算结果 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 实质 内能 热量 功 状态量 过程量 过程量 是构成系统的全部分子 的平均能量之和。 是系统的宏观有序机械 运动与系统内大量分子无 规热运动的相互转化过程。 是外界物质分子无规热 运动与系统内物质分子无 规热运动的相互转化过程。 内能 功 热量 的国际标准单位都是 焦耳 （ J ） 热力学第一定律 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。 该定律的另一种通俗表述是：第一类永动机是不可能造成的。 第一类永动机是指能不断对外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗较少的能量却能得到更多的机械功的机器。 微过程表达式 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。 该定律的另一种通俗表述是：第一类永动机是不可能造成的。 第一类永动机是指能不断对外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗较少的能量却能得到更多的机械功的机器。 对于一个无限小的过程，热力学第一定律可写成 式中各量均为代数量，有正有负 系统吸收热量， 或 为正，放出热量则为负 系统内能增加， 或 为正，内能减少则为负 系统对外作功， 或 为正，外界对系统作功则为负 式中各量的单位制必须统一。 凡例 的过程中，系统内能的变化及对外作的功。 从b态 回到a态 系统从平衡态a 平衡态b,吸收热量500J，对外作功400J；然后从b态 回到a态，向外放出热量300J。 过程 500 400 100 (J) 300 200 过程 100 (J) 100 (J) 外界向系统作功 第二节 等体过程 15 - 2 application of first law of thermodynamics to ideal gas 第二节 等体过程 15 - 2 app