最新内能 热力学第一定律
热力学第一定律：内能、热量与功的转化关系
热力学中的能量转化关系热力学第一定律是能量守恒定律的体现，它描述了系统内能、热量和功之间的转化关系。
在热力学中，内能、热量和功是系统中能量的三种形式，它们之间的转化关系可以通过热力学第一定律来描述。
下面将详细介绍内能、热量和功在系统中的转化关系。
内能系统的内能是系统包含的所有微观粒子的总能量，包括其热能、动能和势能等各种形式。
内能通常用符号U表示，是系统的一个基本属性，与系统的热力学状态有关。
内能取决于系统的组成、温度和压强等因素。
热量热量是能量的一种传递方式，其传递方式是由高温物体向低温物体传递能量。
通常用符号Q表示，是系统与外界进行热交换时的能量变化。
热量是系统的一个重要属性，它可以改变系统的温度和内能。
功功是系统对外界做的有序能量转移，是能量的一种形式。
通常用符号W表示，是系统的一个重要属性，它可以改变系统的体积、形状和位置等特性。
功可以通过系统对外界的压力和体积变化来进行计算。
能量转化关系根据热力学第一定律，系统的内能、热量和功之间存在一定的转化关系，可以表示为：$$\\Delta U = Q - W$$其中，$\\Delta U$表示系统内能的变化量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
这个方程描述了系统内能、热量和功之间的平衡关系，体现了能量守恒定律在热力学中的应用。
在一定条件下，热量可以使系统内能增加，从而提高系统温度；而功可以使系统内能发生变化，改变系统的位形、位置等性质。
系统内能、热量和功之间的相互转化关系，是热力学研究中的重要内容。
总结热力学第一定律描述了系统内能、热量和功之间的转化关系，在能量守恒的基础上，揭示了系统能量的平衡和转移规律。
通过了解内能、热量和功之间的相互作用，可以更好地理解系统的热力学性质，为热力学研究提供基础。
以上是关于热力学中内能、热量和功之间转化关系的介绍，希望对您有所帮助。
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律和第二定律热力学第一定律1. 内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体做的功W，与物体从外界吸收的热量Q之和,等于物体的内能的增加量2. 数学表达式：W+Q=ΔU(1)Q取决于温度变化：温度升高，Q>0;温度降低，Q<0.(2)W取决于体积变化：V增大时，气体对外做功，W<0;V减小时，外界对气体做功，W>0.(3)特例：如果气体向真空扩散，那么W=0.(4)绝热过程Q=0，关键词是“绝热材料”或“变化迅速”。
3. 热力学第1定律的理解(1)做功改变物体的内能：外界对物体做功，物体内能增加;物体对外做功，物体内能减少。
在绝热过程，物体做多少功，改变多少内能。
(2)热传递改变物体的内能：外界向物体传递热量，即物体吸热，物体的内能增加;物体向外界传递热量，即物体放热，物体的内能减少。
传递多少热量，内能就改变多少。
(3)做功和热传递的实质，做功改变内能是能量的变化，用功的数值来度量;热传递改变内能是能量的转移，用热量来度量。
热力学第二定律1.热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
2.补充说明：(1)“自发地”过程就是不受外界干扰的条件下进行的自然过程;(2)热量可以自发地从高温物体向低温物体传递，却不能自发的从低温物体传向高温物体;(2)热力学第二定律的能量守恒表达式：ds≥δQ/T(3)热量可以从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。
3.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
第三章热力学第一定律内能
如果是等温膨胀,则
A M RT ln V2 1 8.31 300 ln 10 1.44 103(J )
V1 4
25
P
P1
P2
a
T1
b
T2
V1
V2
V
26
例2. 两个绝热的体积分别为V1和V2的容器, 用一个 带有活塞的管子连起来，打开活塞前，第一个容器
盛有氮气，温度为T1，第二个容器盛有氢气，温度
(Q )V
M
CV dT
从热力学第一定律
用于热力学第一定律则有:
M
dU CV dT
已知理想气体内能
可得
U M i RT
2
从分子运动论
定容摩尔热容 与自由度有关
气体的定压摩尔热容
定压过程:P=常量, d P =0 过程方程: V/T=常量
Q P=恒量
根据
PV M RT
P
Ⅰ
II
P
得 dA PdV M RdT
氧 28.9
21.0
7.9 1.40
三原子 水蒸气 36.2
27.8
8.4 1.31
乙 醇 87.5
79.2
8.2
1.11
例题 一气缸中有氮气,质量为1.25kg,在标准大气
压下缓慢加热,使温度升高1K.试求气体膨胀时所做
的功A、气体内能的增量U及所吸收的热量Q.(活
塞的质量及它与汽缸壁的摩擦均可忽略.)
第一类永动机
§2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用
2.1 理想气体的热容量 气体的定容摩尔热容
定容过程: V=常量, d V =0 过程方程:
Q
P
V=恒量
P2
功、热、内能及热力学第一定律
做功和热传递的区别与联系
（1）做功改变内能的实质： 其它形式的能和内能之间的转化
（2）热传递改变内能的实质： 各系统间内能的转移
（3）做功和热传递在改变内能的效果： 效果相同
（不同能量形式的转化） （同种能量形式的转移）
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
（外界对系统做功） （系统对外界做功） （系统从外界吸热） （系统对外界放热）
自主学习：能量守恒定律
1.各科学家对能量守恒的贡献？ 2.热力学第一定律与能量守恒定律的关系？
解：取1 g水为研究对象，大气视为外界，1 g 沸腾的水变成同温度的 水蒸气需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有 ΔU＜Q吸.
气体在等压下膨胀做功： W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.
气体吸热：Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J. 根据热力学第一定律：
功是能量转化的量度
内能U ：只依赖于系统自身状态的物理量
内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定
系统由状态1经过绝热过程到状态2内能的增加量△U＝U2－U1
等于外界对系统所做的功 即 △U＝W（注意W的正负）
1.系统指的是什么？
实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体， 那么我们的系统也就是这二部分气体。
实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上 升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功
实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升 的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。
在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末 两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
10热力学第一定律
由气体分子动理论，对刚性分子理想气体：
d E i RdT
2 d E CV，m dT
CV，m
i 2
R
C p，m CV，m
i RR
2 iR
2
i2 i
5
3
1.67
7
5
1.40
8 6
1.33
(单 ) (双) (多)
热容量是可以实验测量的。
过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。
始平衡态
一系列非 平衡态
末平衡态
热力学中，为能利用平衡态的性质，引入
准静态过程的概念。
准静态过程：系统的每一状态都无限接近于 平衡态的过程。即准静态过程是由一系列平衡 态组成的过程。
准静态过程是一个理想化的过程，是实际 过程的近似。
←快
←缓慢
非平衡态 非准静态过程
①
d Q dA dE
pV RT pdV V d p RdT ②
R C p，m CV，m
③
① ② ③： d p C p，m dV dV
p
CV，m V
V
常温下 const.
dp p
dV V
ln
p
lnV
C
ln( pV ) C ln C 令
绝热过程： 系统和外界没有热量交换的过程。 例如：
良好绝热材料包围的系统发生的过程； 进行得较快而来不及和外界交换热量的
过程。 特点： d Q 0
由 dQ d E d A dE dA
热力学第一定律与内能
热力学第一定律与内能热力学是研究能量转化和守恒的物理学分支。
作为热力学的基本原理，热力学第一定律与内能密不可分。
本文将探讨热力学第一定律与内能的关系及其在能量转化中的应用。
一、热力学第一定律的概念与原理热力学第一定律又称能量守恒定律，是指在系统内部能量转化过程中，能量的增加或减少等于系统对外界做功加上或减去系统所吸收或放出的热量。
热力学第一定律可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统所吸收或放出的热量，W代表系统对外界做的功。
二、内能的定义与内能变化内能是指系统的微观粒子的能量之和，包括粒子的动能和势能。
内能的变化可以通过系统吸收或放出的热量和对外界做的功来描述。
根据热力学第一定律的表达式，内能的变化可以表示为：ΔU = Q - W当系统吸热时，Q为正值，表示系统从外界吸收热量，增加内能；当系统放热时，Q为负值，表示系统向外界释放热量，减少内能。
对于做功过程，当系统对外界做功时，W为正值，表示系统做功减少内能；当外界对系统做功时，W为负值，表示系统对外界做功增加内能。
三、热力学第一定律与能量转化的应用热力学第一定律与内能密切相关，广泛应用于各个领域的能量转化过程中。
以下是一些常见的应用场景。
1. 热机热力学第一定律在热机中有重要应用。
热机是指通过吸收热量将热能转化为机械能的装置。
根据热力学第一定律，热机的效率可以表示为：η = W/Qh其中，η表示热机的效率，W为热机对外界做的功，Qh为热机从高温热源吸收的热量。
热机的效率随热量转化的方式、工作温度等因素而变化，热力学第一定律为热机的设计和优化提供了理论基础。
2. 化学反应热力学第一定律也适用于化学反应的能量变化。
化学反应通常伴随着热量的吸收或放出，根据热力学第一定律的原理，化学反应的热效应可以通过内能变化来表示。
例如，当化学反应放出热量时，反应物的内能减少，产物的内能增加；当化学反应吸收热量时，反应物的内能增加，产物的内能减少。
热力学第一定律内能与热功的关系
热力学第一定律内能与热功的关系热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量在物理系统中的转化和传递是受限制的。
在热力学中，内能是描述热力学系统的重要物理量，而热功是与能量转化和传递过程有关的概念。
本文将探讨热力学第一定律下内能与热功之间的关系。
1. 内能的定义与性质内能是指热力学系统所包含的微观粒子的热运动和相互作用所具有的能量总和。
内能可以包括系统的分子振动能、分子间的相互作用能、分子运动的动能等。
内能的变化可以通过热量和功来实现。
2. 热功的定义与计算热功是指系统通过与外界的物理接触而交换的能量。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与对外做功的和。
热量和热功的单位都是焦耳(J)，它们的数值可以正负。
当热量或功向系统传递能量时，其数值为正；当系统向外界传递能量时，其数值为负。
热量的计算一般可以通过温度差和物体的热容来确定。
而热功的计算则涉及到系统对外界施加的力以及物体的位移。
常见的热功包括机械功和电功。
3. 内能与热功的关系根据热力学第一定律，内能变化等于系统吸收的热量与对外做功的和。
即ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
当系统从外界吸收热量时，热量的值为正，表示系统增加了内能。
当系统向外界释放热量时，热量的值为负，表示系统减少了内能。
当系统对外界做正功时，功的值为正，表示系统减少了内能。
当系统从外界得到功时，功的值为负，表示系统增加了内能。
需要注意的是，内能的变化是系统状态函数，而热量和功都是过程函数。
这意味着内能的变化只与系统的初末状态有关，而与达到末态的过程无关。
4. 内能转化与热功的应用内能与热功的关系在许多实际应用中都有重要的意义。
在热机中，通过外界做功使系统从高温热源吸收热量，然后将热量以低温热源的形式释放出去。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于吸收的热量减去对外做的功。
因此，热机的效率可以通过内能变化和热量之间的关系来分析和计算。
热力学第一定律与内能
热力学第一定律与内能热力学是研究物质之间热和功的相互转化和传递关系的学科。
其中，热力学第一定律是指能量的守恒原理，即能量不会自行产生或消失，只能在不同形式之间互相转化。
而内能作为系统的一种宏观观察物理量，是体系内各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。
一、热力学第一定律热力学第一定律是指在自然界中能量守恒的基本原理。
即在一个封闭系统中，能量的改变等于系统所接收的热量和所做的功之和。
数学表达式上，热力学第一定律可以表示为：ΔU = Q + WΔU代表系统内能量的变化，Q代表系统吸热量，W代表系统所做的功。
在这个公式中，内能的变化可以有两个方向：正向表示系统内能增加，负向则表示系统内能减少。
而系统吸热和做功对这个内能变化贡献的方向则与内能变化的方向相反。
二、内能的概念内能是热力学中一个重要的概念，指的是一个封闭系统中各种微观粒子的平均动能和相互作用能的总和。
内能的表达式可以表示为：U = E + E_int其中，E代表系统的宏观动能，E_int代表系统的微观相互作用能。
内能与系统之间的热量和功关系密切。
当一个系统吸收热量时，系统内能增加；当系统做功时，系统内能减少。
内能还与物质的性质和状态有关。
不同物质、不同状态下的物质具有不同的内能。
例如，在相同的温度和压强下，液体的内能一般比气体的内能小。
三、内能的转化根据热力学第一定律，内能可以通过吸热和做功来进行转化。
这种转化可以是系统内能增加或减少的过程。
1. 吸热转化当系统吸收热量时，热量会增加系统的内能。
这个过程可以用以下公式表示：ΔU = Q其中，ΔU代表内能的变化，Q代表系统吸收的热量。
当Q为正时，表示系统吸收热量增加了系统的内能；当Q为负时，表示系统放出热量，内能减少。
2. 做功转化当系统做功时，系统内能会减少。
这个过程可以用以下公式表示：ΔU = -W其中，ΔU代表内能的变化，W代表系统所做的功。
当W为正时，表示系统做功，内能减少；当W为负时，表示外界对系统做功，内能增加。
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六、改变物体内能的两种方式
内能和其他形 式能的转化
做功
是不同物体或同一物体 不同部分内能的转移
Hale Waihona Puke 热传递对内（外界对物体 做功）
对外
（物体对外界 做功）
吸热
（物体从外界 吸热）
放热
（物体对外界 放热）
内能增加
内能减少
内能增加
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的
内能减少
热七力、学热第力一学定第律一定律
2020/12/3
5、热传递具有方向性。 热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温 部分传递到低温部分，不会自发的从低温物体传递 到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。
2020/12/3
五、热和内能
1、在外界对系统没有做功的情况下， 内能和热量之间有什么样的关系呢？
△U＝Q
即在外界对系统不做功 的情况下，外界传递给系 统的热量等于系统内能的 改变量
ΔU
+
系统内能 增加
－
系统内能 减少
四个理想气体热学过程
物理量 热学过程
压强P 体积V 温度T 内能U 热量Q 功W
等温过程 增大 减小 不变 不变 放热 +
增大
升高 增加 吸热 0
等容过程
不变
等压过程 不变 减小 降低 减少 放热 +
增大 减小 升高 增加 绝热过程
0
+
1836年俄国 化学家盖斯
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W ＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的 热量。
热力学第一定律 △U=W+Q
定律中各量的正、负号及含义
物理量 W Q
符号 + +
意义
符 号
外界对系统做 功（系统的体
－
积减小）
系统吸收 热量
－
意义
系统对外界做功 （系统的体积增大）
系统放出热 量
三、内能
在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功 仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体 过程和方式。
功是能量转化的量度
内能U ：任何一个热力学系统都必定存在一
个只依赖于系统自身状态的物理量， 这个物理量在两个状态间的差别与外 界在绝热过程中对系统所做的功相联 系。我们把这个物理量称为系统的内 能。
内能 热力学第一定律
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高
二、焦耳的实验
焦耳
1818年12月24日生于英国曼彻斯 特 ，起初研究电学和磁学。 1840年 在英国皇家学会上宣布了电流通过 导体产生热量的定律，即焦耳定律 。焦耳测量了热与机械功之间的当 量关系——热功当量，为热力学第 一定律和能量守恒定律的建立奠定 了实验基础。
一个物体，如果跟外界同时发生做功和热传 递的过程物体内能的增加为
U=W+Q
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功的和
上式在物理学中叫做热力学第一定律。
几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体 做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收 的热量等于物体内能的增加。
热传导－－热沿着物体传递的方式。不同物质传到热 的能力各不相同。
热对流－－靠液体或气体的流动来传递热的方式 ，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。
热辐射－－热从高温物体向周围以电磁波的形 式沿直线辅射出去的方式，热辐射不依赖媒介 质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越 深，物体向外的热辐射能力越强。
实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升 的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。
从焦耳的实验中可以得出什么结论？
1、在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做 功方式无关，仅与做功数量有关。
2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量 关系），为热力学第一定律和能量守恒定律 的建立奠定了实验基础。
（3）物体的内能大，并不意味着做功多．在绝 热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较 多．
四、热传递
1 、两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温， 温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度 相等为止，这个过程称之为热传递。
2、热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
2020/12/3
3.以焦耳的实验为基础的热力学第一定律，实际上就 是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律
能量守恒定律发现的意义
1.在20世纪30年代初，W.泡利和E.费米根据能 量守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实。
对能量守恒定律的理解
1.每一种物质运动形式对应一种能量。 2.当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通
过__做__功____实现的。这种转化意味着物质运动可由一
种形式转化成其他形式。
大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的 能时，总的能量都是守恒的。
在物质运动形式不变时，能量只从物体间转 移，能的形式不会改变。
2020/12/3
3.热传递的实质：
热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系 统的内能。传递能量的多少用热量来量度。 4．传递的热量与内能改变的关系
①在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量 ，系统的内能就增加多少。即ΔU= Q吸
②在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量， 系统的内能就减少多少。即Q放= -ΔU
绝热过程：
系统只由于外界对它做功而与外界交换能量,它不从 外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程。
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功
实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上 升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功
（1）系统的内能与状态参量温度、体积有关， 即由它的状态决定。
（2）内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统
所做的功
△U＝W
b
K
c 气体A a 气体C
d
外界对物体做多少功，就有多少其他形10-1式-2 的能转 化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界 做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能， 物体的内能就减少多少．
1841—1842 年德国医生
J.R.迈尔
德国科学家 H.亥姆霍兹
八、能量守恒定律
1.定律内容：
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只 能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物 体转移到别一个物体，在转化和转移的过程中 其总量保持不变。
2.物理意义：
首先是各种形式能量间的转化，其次是转化中 的守恒。