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《材料热力学与动力学》读书报告

热力学第一定律: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。

热力学第一定律就是能量守恒定律。或者说是热力学范畴内的能量守恒定律。所谓能量

守恒与转化定律即“自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式

转化为另一种形式，在转化中，能量的总量不变。”首先考虑在绝热过程中能量的传递和转

化。从逻辑上说，在绝热过程的定义中可以不涉及热的概念：一个过程，其中物体状态的变

化完全是由于机械的或电的直接作用的结果，而没有受到其他影响，称为绝热过程。绝热过

程中，体系状态的变化完全是由于体系对环境作功，或者是环境对体系作功所引起。

从1840年开始，在长达二十多年的期间内，焦耳作了一系列的实验，水盛在由绝热壁

构成的容器内，重物下降带动叶片在水中搅动，水温受叶片搅动而升高。

如果把水和叶片看作体系，其温度的升高(状态的改变)完全是重物下降作功的结果。水和电

阻器放在由绝热壁构成的容器内，接上电源，让稳定电流通过电阻器而使水温升高。如果把

水和电阻器看作体系，其温度的升高完全是电源作功的结果。这两个绝热过程的实验结果表

明，使同量之水升高一定的温度，所需的功在实验误差范围内是相等的。焦耳反覆进行的大

量实验都说明：无论以何种方式使一个绝热体系自一定的始态变到一定的终态，所需之功都

是相等的。换言之，“绝热功之多少只为体系始终态所决定，而与途径（作功方式）无关。”

这说法可算是第一定律的一种特殊形式。

状态函数的改变量只为体系的始终态所决定，而与变化途径无关。绝热功与“状态函数

的改变量”性质相同，因此可以用绝热过程中外界对体系所作的功WS定义一个状态函数U。

在终态B与始态A之差

UB－UA＝DU＝WS（1-13）称状态函数U为内能。

外界对体系作功，Ws为正，体系内能增加；体系对环境作功，WS为负，体系内能减

小。不作功的绝热体系为孤立体系，由式(1-13)得孤立体系中所进行的任何过程，DU＝0，

即“孤立体系内能不变”，这也是第一定律的一种表述，孤立体系中内能是守恒的。

经验表明，在不作功的情况下，当体系与温度不同的另一物体相接触时(无绝热壁相隔)，

体系的状态亦会发生变化，其内能自然也会变化。“在不作功的情况下，封闭体系内能的改

变称之为热”，这可作为热的定义。

W＝0，Q＝DU＝UB－UA（1-14）

热是不同于功的体系与环境交换能量的另一种方式。体系吸热，Q为正，体系内能增大；

体系放热，Q为负，体系内能减小。一物体吸热，必有另一物体放出等量的热，反之亦然。

过程中，体系既吸热Q，环境对体系又作功W，那么体系内能之改变[结合式(1-13)与式

(1-14)]

DU＝Q＋W（1-15）对微小变化过程，写成dU＝dQ＋dw（1-16）

式(1-15)和(1-16)是热力学第一定律的数学表达式。

第一定律可表述为：“体系在过程中内能之改变等于在过程中体系吸收的热加上外界对体

系所作的功。”

应当强调，内能是状态函数，是体系的容量性质。当体系的初态A和终态B给定后，

内能的改变就有确定值，与体系从A到B过程所经历的途径无关。dU是内能函数的全微分。

内能是指体系内部的能量，包括分子运动的平均能、转动能、振动能、电子及核的能量，以

及分子与分子间相互作用的位能等。除内能外，体系还可以有整体运动的动能，在外力场中

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的位能。化学热力学