热力学第一定律

热力学
经典的卡诺热机 T（熱庫）、Q（熱量）、W（功） H（高溫）、C（低溫）
分支 经典 统计 化学 平衡 / 非平衡
定律 第零 第一 第二 第三
系统 状态 状态方程 理想气体 实际气体 相 / 物质状态 平衡 控制体积 仪器 过程 等压 等体 等温 绝热 等熵 等焓 准静态 多方 自由膨胀 可逆 不可逆 内可逆 循环 热机 热泵 热效率
系统性质 性质图 强度和广延性质 状态函数 （斜体共轭变量） 温度 / 熵 熵的简介（英语：Introduction to entropy） 压强 / 体积 化学势 / 粒子数 蒸气量 简化性质 过程函数 功 热
材料性质 比热容  c={displaystyle c=} T{displaystyle T} ∂S{displaystyle partial S} N{displaystyle N} ∂T{displaystyle partial T} 压缩性  β=−{displaystyle beta =-} 1{displaystyle 1} ∂V{displaystyle partial V} V{displaystyle V} ∂p{displaystyle partial p} 热膨胀  α={displaystyle alpha =} 1{displaystyle 1} ∂V{displaystyle partial V} V{displaystyle V} ∂T{displaystyle partial T} 性质数据库
方程（英语：Thermodynamic equations） 卡诺定理 克劳修斯定理 基本关系 理想气体定律 麦克斯韦关系 昂萨格倒易关系 布里奇曼热力学方程 热力学方程表
势 自由能 自由熵 内能 U(S,V){displaystyle U(S,V)} 焓 H(S,p)=U+pV{displaystyle H(S,p)=U+pV} 亥姆霍兹自由能 A(T,V)=U−TS{displaystyle A(T,V)=U-TS} 吉布斯能 G(T,p)=H−TS{displaystyle G(T,p)=H-TS}
历史／文化 哲学 熵与时间 熵与生活 布朗棘轮 麦克斯韦妖 热寂佯谬 洛施密特佯谬 协同学 历史 总史 热 熵 气体定律 永动机 理论 热质说 活力 热动说 热功当量 动力 关键著作 "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" 《关于多相物质平衡》 "Reflections on the Motive Power of Fire" 年表 热力学 热机 艺术 麦克斯韦热力学表面 教育 熵作为能量扩散
科学家 昂萨格 伯努利 皮埃尔·杜亥姆 亥姆霍兹 吉布斯 焦耳 卡拉泰奥多里 卡诺 克拉佩龙 克劳修斯 兰金 冯·迈尔 麦克斯韦 斯米顿 斯塔尔 汤姆森（开尔文男爵） 汤普森（伦福德伯爵） 沃特斯顿
查 论 编

熱力學第一定律（英语：First Law of Thermodynamics）是熱力學的四條基本定律之一，能量守恒定律對非孤立系統的擴展。此時能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統。即：

ΔEint=Q+W{displaystyle qquad mathrm {Delta } E_{rm {int}}=Q+W}

式中ΔEint{displaystyle Delta E_{rm {int}}}为系统内能的变化量，若外界对该系统做功，则W{displaystyle W}为正值，反之为负值。

写成微分形式为：

dEint=δQ+δW{displaystyle qquad mathrm {d} E_{rm {int}}=delta Q+delta W}

目录

• 
  1 阐述方式
  
  
  
  • 
    1.1 热力学第一定律功率平衡方程
    
  
  
  
  


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  2 注释
  


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  3 參閱
  


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  4 参考资料
  

阐述方式

1. 物體內能的增加等於物體吸收的熱量和對物體所作的功的總和。


2. 系统在绝热状态时，功只取决于系统初始状态和结束状态的能量，和过程无关。


3. 
   孤立系统的能量永远守恒。


4. 系统经过绝热循环，其所做的功为零，因此第一类永动机是不可能的（即不消耗能量做功的机械）。


5. 两个系统相互作用时，功具有唯一的数值，可以为正、负或零。

热力学第一定律功率平衡方程

dEsysdt=∑iQi˙+∑jWj˙+∑eme˙⋅(he+g⋅ze+12ce2)−∑ama˙⋅(ha+g⋅za+12ca2){displaystyle qquad {dE_{mathrm {sys} } over dt}=sum _{i}{dot {Q_{mathrm {i} }}}+sum _{j}{dot {W_{mathrm {j} }}}+sum _{e}{dot {m_{mathrm {e} }}}cdot left(h_{mathrm {e} }+gcdot z_{mathrm {e} }+{1 over 2}c_{mathrm {e} }^{2}right)-sum _{a}{dot {m_{mathrm {a} }}}cdot left(h_{mathrm {a} }+gcdot z_{mathrm {a} }+{1 over 2}c_{mathrm {a} }^{2}right)}

这里：

• 
  dEsysdt{displaystyle qquad {dE_{mathrm {sys} } over dt}}系统随时间的变化量。


• 
  Qi˙{displaystyle qquad {dot {Q_{mathrm {i} }}}}通过系统边界的热量。


• 
  Wj˙{displaystyle qquad {dot {W_{mathrm {j} }}}}通过系统边界的功。


• 
  me˙{displaystyle qquad {dot {m_{mathrm {e} }}}}流入系统内部的质量流。


• 
  ma˙{displaystyle qquad {dot {m_{mathrm {a} }}}}流到系统外部的质量流。


• 
  h{displaystyle qquad h} 比焓。


• 
  g⋅z{displaystyle qquad gcdot z}质量流所具有的势能。


• 
  12c2{displaystyle qquad {1 over 2}c^{2}}质量流所具有的动能。

特例以及简化形式：

• 
  封闭系统：∑eme˙⋅(he+g⋅ze+12ce2)−∑ama˙⋅(ha+g⋅za+12ca2)=0{displaystyle qquad sum _{e}{dot {m_{mathrm {e} }}}cdot left(h_{mathrm {e} }+gcdot z_{mathrm {e} }+{1 over 2}c_{mathrm {e} }^{2}right)-sum _{a}{dot {m_{mathrm {a} }}}cdot left(h_{mathrm {a} }+gcdot z_{mathrm {a} }+{1 over 2}c_{mathrm {a} }^{2}right)=0}
  


• 
  稳定系统：dEsysdt=0{displaystyle qquad {dE_{mathrm {sys} } over dt}=0}
  


• 
  绝热系统：∑iQi˙=0{displaystyle qquad sum _{i}{dot {Q_{mathrm {i} }}}=0}
  

注释

參閱

• 熱力學


• 熱力學第零定律


• 熱力學第二定律


• 熱力學第三定律


• 不可逆性


• 卡諾定理


• 熵


• 余熵


• 基態


• 熱寂


• 絕熱過程

参考资料

• 物理学基础 ISBN 7-111-15715-X（课）page470

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