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热力学第一定律 ——主讲人：刘红波 化学——chemistry 是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。 通过大量实验和事实证明自然界存在着一条关于能量的定律。 定义：各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的。 能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变，这就是能量守恒定律。 热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系。将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律。 二、热力学第一定律——first law of thermodynamics 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。 热力学第一定律 热力学第一定律是热力学的基本定律之一，是能量守恒和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。 三、热力学第一定律表达式 例题 某体系从始态变到终态（1）从环境吸热700KJ，同时对环境做功450KJ；（2）向环境放热150KJ，同时环境对体系做功400KJ，试计算上述两种途径下体系热力学能的变化ΔU。 解：（1）已知 Q = 700KJ ， W = -450KJ, 由热力学第一定律表达式得出 ΔU = Q + W= 700KJ - 450KJ = 250KJ （2）已知 Q = -150KJ ，W = 400KJ, 由热力学第一定律表达式得出 ΔU = Q + W= -150KJ + 400KJ = 250KJ 法国物理学家卡诺 德国物理学家、医生迈尔 德国物理学家亥姆霍兹 英国杰出的物理学家焦耳 * * ?化学是自然科学的核心一级学科。 是自然科学中处于承上启下地位的中心学科。 化 学 计算与信息科学 物理学 数 学 天文学 地质与环境科学 工程科学 生命科学 材料科学 化学反应 原子、分子间的分离与组合 热 电 光 磁 温度变化 压力变化 体积变化 化学 物理学 密不可分 状态变化 热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支 【问题】人的血液所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。假如天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧，静脉里的血仍然是鲜红的。那么，人身上的热量到底是从哪来的？顶多500克的心脏，它的运动根本无法产生如此多的热，无法光靠它维持人的体温。那体温是靠全身血肉维持的了，而这又靠人吃的食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢？太阳如果是一块煤，那么它能烧几十亿年，这当然不可能，那一定是别的原因了，是我们未知的能量了。 一、能量守恒定律——law of energy conservation ★ 能量守恒定律是自然界最普遍最重要的基本定律之一。 能量守恒定律 地质、生物 工程技术 衣、食、住、行 宇宙天体 新能源 科学研究 物 理、化学 新材料 原子核内 思考： 能量守恒定律和热力学第一定律有怎样的联系呢？ 【讨论】：如果即对系统做功同时又对系统传热，那么内能的增量与热量和功之间又应该有怎样的关系？ 内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系符合热力学第一定律。 表达式为：ΔU＝Q＋W 热力学第一定律：△U=W＋Q 注意：△U:热力学能的变化量 W:环境对体系所做功取正值(或体系对环境做功取负值） Q:体系从环境吸收取热量正值（或放出热量取负值） 理解：U:表示体系所含的一切形式的能量：机械能、内能、 电磁能、化学能 W:表示各种形式的功:机械功、电磁功、化学功 公式理解 热力学第一定律的物理意义 （1）环境对体系所传递的热量?Q一部分用于体系对外作功，一部分使体系内能增加。 （2）热力学第一定律是包括热现象在内的能量转换和守 恒定律。 适用范围：任何热力学系统的任何热力学过程 四、对能量守恒定律的发现及发展做出贡献的科学家