熱力學第一定律TheFirstLawofThermodynamics熱力學第一定律的本質

1909年，C.Caratheodory最后完善熱一律本質：能量轉換及守恒定律在熱過程中的應用

18世紀初，工業革命，熱效率只有1%

1842年，J.R.Mayer闡述熱一律，但沒有

引起重視

1840-1849年，Joule用多種實驗的一致性證明熱一律，于1850年發表并得到公認ConservationofenergyOneofthemostfundamentallawsofnature“Duringaninteraction,energycanchangefromoneformtoanotherbutthetotalamountofenergyremainsconstant”Energycannotbecreatedordestroyed焦耳實驗1、重物下降，輸入功，絕熱容器內氣體T

2、絕熱去掉，氣體T

，放出熱給水，T

恢復原溫。焦耳實驗水溫升高可測得熱量，

重物下降可測得功熱功當量1cal=4.1868kJ工質經歷循環:Mechanicalequivalentofheat

Q=

W閉口系循環的熱一律表達式要想得到功，必須化費熱能或其它能量熱一律又可表述為“第一類永動機是不可能制成的”Perpetual–motionmachineofthefirstkind

Q=

WQPerpetual–motionmachineofthefirstkind鍋爐汽輪機發電機給水泵凝汽器WnetQout電加熱器熱一律的推論熱力學能熱力學能的導出閉口系循環Internalenergy

Q=

W(

Q-

W)=0熱力學能的導出對于循環1a2c1對于循環1b2c1狀態參數pV12abc(

Q-

W)=0熱力學能及閉口系熱一律表達式定義dU=

Q-

W

熱力學能U

狀態函數

Q=dU+WQ=U+W閉口系熱一律表達式！！！兩種特例

絕功系

Q=dU

絕熱系

W=-dU熱力學能U的物理意義dU=

Q-

W

W

QdU代表某微元過程中系統通過邊界交換的微熱量與微功量兩者之差值，也即系統內部能量的變化。

U代表儲存于系統內部的能量

熱力學能（內能）熱力學能的微觀組成分子動能分子位能bindingforces化學能chemicalenergy核能nuclearenergy熱力學能microscopicformsofinternalenergy

移動translation轉動rotation振動vibration系統總能totalenergy外部儲存能macroscopicformsofenergy宏觀動能kinetic

Ek=mc2/2宏觀位能potential

Ep=mgz機械能系統總能E=U+Ek+Epe=u+ek+ep一般與系統同坐標，常用U,dU,u,du熱力學能的說明

熱力學能是狀態量statepropertyU:廣延參數[kJ]

u

:比參數

[kJ/kg]

熱力學能總以變化量出現，熱力學能零點人為定熱一律的文字表達式熱一律:能量守恒與轉換定律=進入系統的能量離開系統的能量系統內部儲存能量的變化-TotalenergyenteringthesystemTotalenergyleaving

thesystemChangeinthetotalenergyofthesystem=-閉口系能量方程

W

Q一般式

Q=dU+W

Q=U+W

q=du+w

q=u+w單位工質適用條件：1）任何工質2)任何過程EnergybalanceforclosedsystemPointfunction---Exactdifferentials---dPathfunction---Inexactdifferentials---

閉口系能量方程中的功功（

w）

是廣義功GeneralizedWork

閉口系與外界交換的功量

q=du+w準靜態容積變化功pdv拉伸功

w拉伸=-

dl表面張力功w表面張力=-

dA

w=pdv-

dl-

dA+…...準靜態和可逆閉口系能量方程簡單可壓縮系準靜態過程

w=pdv簡單可壓縮系可逆過程

q=Tds

q=du+pdvq=u+pdv熱一律解析式之一Tds=du+pdv

Tds=u+pdv門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統

絕