关于热力学第一定律介绍

[拼音]：relixue di-yi dinglü

[外文]：first law of thermodynamics

即能量守恒定律。它可以表示为“孤立系统的内能不变”。它是人类经验的总结，不能用任何别的原理来证明。从它导出的结论，还没有发现与事实有矛盾。根据热力学第一定律可以设想，要制造一种机器，它既不靠外界供给能量，本身也不减少能量，却不断地对外做功，这是不可能的。人们把这种假想的机器称为第一类永动机。因此第一定律也可以表达为“第一类永动机是不可能造成的”。反过来，第一类永动机永远不能造成，也就证明了第一定律是正确的。

热力学第一定律的思想最初是由德意志物理学家J.R.迈尔在实验的基础上于1842年提出来的。在此之后，英国物理学家J.P.焦耳做了大量实验，用各种不同方法求热功当量，所得的结果都是一致的。也就是说，热和功之间有一定的转换关系。以后经过精确实验测定得知1卡＝4.184焦。1847年德意志科学家H.von亥姆霍兹对热力学第一定律进行了严格的数学描述并明确指出：“能量守恒定律是普遍适用于一切自然现象的基本规律之一。”到了1850年，在科学界已经得到公认。

热力学系统由状态1经过一个过程到达状态2后，系统的内能一般会发生改变。根据能量守恒定律可得：

ΔU＝Q－W (1)

式中ΔU＝U2－U1为系统的内能增量；Q为在此过程中系统从环境所吸收的热量;W为在此过程中系统对环境所做的功。式(1)是热力学第一定律的数学表达形式。

式(1)中U是状态函数，即ΔU 的数值只取决于系统的始态和终态，而与系统由始态变到终态所经过的具体过程无关，而其中Q和W 则与过程有关。应用式(1)时须注意Q和W 的正负号为：系统吸热Q＞0，系统放热Q＜0；系统对环境做功W ＞0，环境对系统做功W ＜0。

若系统状态发生一个微小变化，则热力学第一定律就写成：

dU＝δQ－δW (2)

式中δQ和δW 分别为过程的微小的热量和微小的功，它们不是全微分，所以用“δ”而不用“d”来表示，以与全微分表示区别。

参考书目

1. W.J.Moore，
2. Physical Chemistry， Longman Group，London，1972.

参考文章

• 什么是热力学第一定律？电能技术
• 什么是热力学第一定律，它的表达式是怎样的？电能技术
• 热力学第一定律的实质是什么？它说明什么问题？电能技术