热力学第一定律的内容及应用
热力学第一定律能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它阐述了能量在系统中的转化和传递过程中的守恒关系。
本文将介绍热力学第一定律的基本原理、适用范围以及实际应用等内容。
一、基本原理热力学第一定律表明了能量的守恒关系，即能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
这意味着一个封闭系统内的能量总量在任何过程中是不变的。
根据热力学第一定律，一个封闭系统中的能量变化等于系统所接收的热量与系统所做的功的代数和。
换句话说，能量的增加等于系统从外界吸收的热量减去系统对外界做的功。
数学表达式如下：∆E = Q - W其中，∆E代表系统内能量的变化，Q代表系统所接收的热量，W 代表系统对外界所做的功。
二、适用范围热力学第一定律适用于封闭系统，即系统与外界之间没有物质的交换。
在这种情况下，系统内的能量只能通过热传递和功交换来改变。
如果系统与外界之间有物质的交换，热力学第一定律就不再适用。
热力学第一定律适用于各种热力学系统，包括气体、液体和固体等状态的系统。
无论是理想气体的绝热膨胀，还是热机的工作过程，热力学第一定律都是适用的。
三、实际应用热力学第一定律是工程和科学研究中的重要工具，广泛应用于不同领域。
在能源系统中，热力学第一定律被用于分析能源转化的效率。
例如，对于汽车发动机，热力学第一定律可以帮助我们计算燃烧产生的热量和发动机所做的功，从而评估发动机的热效率。
通过优化燃烧过程和减少能量损失，可以提高发动机的热效率，实现更加节能环保的汽车。
热力学第一定律还可以应用于热力学循环和热力学系统的分析。
例如，蒸汽动力循环是一种用于发电的常见系统，通过热力学第一定律的分析，可以确定发电效率和热能损失，从而指导设计和优化发电设备。
此外，在化学反应、生物学系统热力学等领域，热力学第一定律也被广泛应用于能量转化和相互作用的研究。
总结起来，热力学第一定律能量守恒定律是热力学中的基本定律，它揭示了能量在系统中的转化和传递过程中的守恒关系。
热力学第一定律总结
热力学第一定律总结这个定律的意义在于，系统中的能量可能从一种形式转化为另一种形式，但总的能量量不变。
这是个基本的能量守恒原理。
在这个表达式中，正数的变化量表示系统向外部传递能量，负数的变化量表示能量从外部传递到系统内部。
通过热力学第一定律，我们可以计算系统内能的变化，了解能量转化的过程。
以下是热力学第一定律的一些重要概念和应用：1.内能：内能是一个系统的能量总量，包括系统的热能和势能。
内能的变化可以通过热力学第一定律进行计算，可以用来分析系统的能量转化和传递过程。
2.热量：热量是能量的一种形式，存在于物体的热运动中。
热量通过传导、辐射和对流等方式在系统中传递。
热量的传递会导致系统内能的变化，从而影响系统的温度和热力学性质。
3.功：功是指物体受到外力作用而移动的能量转化形式。
除了力对物体施加的机械功，还有压力对体积产生的体积功，电场对电荷做的电功等等。
功可以是正的，也可以是负的，取决于能量是从系统内部流出还是流入。
4.热效率：热效率是衡量一个能量转化过程的效率的指标。
通过计算输入和输出的能量量，热效率可以判断一个过程的能量损失情况。
热工业中，提高热效率对于节约能源和保护环境非常重要。
5.热力学循环：热力学循环是指一个系统在不同温度下进行的一系列热力学过程，最终回到初始状态的过程。
根据热力学第一定律，一个热力学循环的总内能变化为零，这是因为系统回到初始状态时，其内能不变。
6.工程应用：热力学第一定律的理论可应用于工程实践中，例如燃烧过程、汽车引擎、电力发电和制冷等。
通过热力学第一定律的分析，可以确定能量转化的效果和系统的工作原理，从而提高工程设计的效率和可靠性。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒定律，描述了能量在系统中的转化和传递过程。
它是热力学中最基本的定律之一，对于能量问题的研究和解决具有重大的意义。
通过对热力学第一定律的深入理解和应用，可以分析能量转化的过程、计算系统的内能变化，为工程设计和能源管理等领域提供指导和改进的方向。
热力学第一定律及其在工程中的应用
热力学第一定律及其在工程中的应用热力学是一门研究能量转化和能量传递的学科。
它的核心理论之一是热力学第一定律，也被称为能量守恒定律。
热力学第一定律描述了能量守恒的原理，在工程中有着广泛的应用。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和其在工程领域的实际应用。
热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量在各种形式间转换和传递时是守恒的。
换句话说，能量既不能创造也不能销毁，只能转化为其他形式的能量。
热力学第一定律可以简化为下列表达式：∆U = Q - W其中，∆U表示内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
这个表达式表明，内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外界做的功。
在工程领域，热力学第一定律的应用非常广泛，它为各种工程问题的分析和解决提供了基本的理论依据。
下面将介绍热力学第一定律在工程中的几个重要应用。
首先，热力学第一定律在能量系统分析和能量平衡计算中起着关键的作用。
在能源生产和利用过程中，我们需要评估系统的能效，以确保能源的高效利用。
通过应用热力学第一定律，我们可以分析能量的转换和传递过程，并计算系统吸收的热量和对外界做的功。
这些计算结果可以帮助我们优化工程设计，提高能源利用效率。
其次，热力学第一定律在热力学循环和热力机械系统的分析中扮演着重要角色。
热力学循环是指在一系列热力学过程中，将热量转化为功的过程。
例如，蒸汽发电厂利用燃料燃烧产生的热能，通过蒸汽循环将热能转化为电能。
在分析这类系统时，我们可以根据热力学第一定律的原理来计算循环过程中的吸热量和放热量，以及系统对外界做的功。
此外，热力学第一定律在热传导和传热设备的设计中也扮演着重要的角色。
热传导是指热量通过物质内部的传递过程，而传热设备用于在工程中控制和利用热的传递。
通过热力学第一定律，我们可以分析热传导的过程，并计算热量在传热设备中的传递方式和效率。
这些计算结果可以帮助我们设计更高效的传热设备，满足工程中的热传导需求。
最后，热力学第一定律在化学反应和化学工程过程中也有广泛的应用。
热力学第一定律的表述方式及应用
热力学第一定律的表述方式及应用热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它指出，在任何一个热力学系统中，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与对外做的功的代数和。
这一定律为我们理解和描述热力学系统的行为提供了重要的理论依据。
一、热力学第一定律的表述方式热力学第一定律可以用以下三种方式进行表述：1. 微分形式在微分形式下，热力学第一定律可以表示为：[ = Q - W ]其中，( U ) 表示系统的内能，( Q ) 表示系统吸收的热量，( W ) 表示系统对外做的功。
2. 积分形式在积分形式下，热力学第一定律可以表示为：[ U = Q - W ]其中，( U ) 表示系统内能的变化量，( Q ) 表示系统吸收的热量，( W ) 表示系统对外做的功。
3. 宏观形式在宏观形式下，热力学第一定律可以表示为：[ _{i=1}^{n} i = {j=1}^{m} _j ]其中，( _i ) 表示系统从第 ( i ) 个热源吸收的热量，( _j ) 表示系统对外做第 ( j )项功。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程、物理等领域有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1. 热机效率的计算热机效率是指热机所做的功与吸收的热量之比。
根据热力学第一定律，热机所做的功等于吸收的热量减去内能的变化量。
因此，热机效率可以表示为：[ = ]2. 制冷机的性能分析制冷机的工作原理是利用工作物质在循环过程中吸收热量，从而实现低温环境的创造。
根据热力学第一定律，制冷机吸收的热量等于制冷量与制冷机压缩机所做的功之和。
因此，可以通过热力学第一定律来分析制冷机的性能。
3. 太阳能热水器的设计太阳能热水器利用太阳能将光能转化为热能，为用户提供热水。
根据热力学第一定律，太阳能热水器吸收的热量等于水温升高所吸收的热量与热水器损失的热量之和。
因此，在设计太阳能热水器时，需要考虑热量的损失，以提高热水器的效率。
4. 热传导过程的分析热传导是热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程。
热力学中的四大定律与应用
热力学中的四大定律与应用热力学是研究热能和物质转移的科学，是物理学中的一个重要分支。
在热力学中，有四大定律，它们是热力学理论体系的基础，是研究物质在热力学过程中的基本规律。
这四大定律不仅在科学研究中有着广泛的应用，同时也对我们的生活产生着重要影响。
第一定律：能量守恒定律热力学第一定律也称能量守恒定律，它是热力学的基本定律之一。
该定律表明，在一个系统内，能量不会被创建，也不会被破坏，只会从一种形式转换为另一种形式。
换句话说，系统内的能量总量是不变的。
该定律的应用比较广泛，例如在能源的利用和管理上，我们常常需要设计一些能量转换装置，如汽车引擎、火力发电厂、核电站等。
在设计这些设备时，必须保证能量输入等于输出，以符合热力学第一定律的要求。
第二定律：熵增定律热力学第二定律也称熵增定律，它是热力学的重要定律之一。
该定律排除了一切永动机和技术上不可行的热能转换过程。
它规定了热量只能从高温向低温流动。
热流只能由低温物体吸收高温物体的热量，随后再向低温物体散发热量。
因此，热能转换过程中总是会有些热量被浪费掉。
应用方面，热力学第二定律对我们的生活也产生了重要的影响。
例如，在节能环保方面，我们需要像冰箱、空调等家电的设计上增加密封措施和制冷技术的改进，以提高能源利用效率、减少能源的浪费。
第三定律：绝对零度定律热力学第三定律也称绝对零度定律，它是热力学的一个基本定律，规定在绝对零度时，正常的物质将处于绝对静止状态。
根据热力学第三定律，即使是最彻底的制冷，也不能将物体降到绝对零度。
因此，在物理制冷技术方面，我们需要通过其他技术手段来实现低温条件下的物理实验或应用。
例如，在超导材料的应用中，超导材料需要在低于一定的温度下才能实现零电阻。
因此，在超导材料的制备和应用方面，我们需要采用更加先进的低温制冷技术。
第四定律：热力学基本关系式热力学第四定律是一种调和行为，在热学中通常被称为热力学基本关系式。
该定律在热力学的数学表述中提供了一个统一的基础，以便于我们理解和应用热力学基础理论。
热力学第一定律及其应用
热力学第一定律及其应用热力学是一门研究能量转化和传递的科学，其中的第一定律是能量守恒定律的一个特例。
在热力学中，能量可以在物体间以热量和功的形式进行转换和传递。
热力学第一定律表明，能量不会从无中产生，也不会消失，只会从一处转移到另一处。
热力学第一定律可以用以下方程表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统所做的功。
当一个系统吸热时，它的内能将增加。
例如，当将一杯温度较低的水放在一个加热器上时，水的温度会上升，这是因为系统吸收了加热器放出的热量。
这个过程中，水的内能增加，对应于热量的增加。
相反，当一个系统做功时，它的内能将减少。
例如，当我们用手推动一辆自行车时，人体的能量被用来做功，驱动自行车行驶。
在这个过程中，人体的内能减少，对应于做功。
除了能量守恒，热力学第一定律还提供了一种计算系统内能变化的方法。
通过测量系统吸收的热量和所做的功，我们可以计算出系统的内能变化。
这对于工程领域的能量转换和传递至关重要。
热力学第一定律在许多领域具有广泛的应用。
其中一个应用是工程热力学，用于设计和优化能量转换设备，如汽车发动机和发电厂。
通过使用第一定律的原理，工程师可以更好地理解和控制能量转化的过程，以提高系统的效率和性能。
另一个应用是热力学循环，如蒸汽轮机和制冷循环。
这些循环是将热能转化为功的常见方式。
通过应用热力学第一定律，我们可以计算出循环的效率，并优化循环的设计和工作条件，以提高能量转化的效率。
热力学第一定律还可以应用于生物体内能量转化和代谢的研究。
生物体在进行各种代谢活动时需要能量，并通过食物摄取和新陈代谢过程来获取能量。
通过热力学第一定律，我们可以理解生物体内能量转化的基本原理，从而有助于研究和优化生物化学过程。
除了上述应用，热力学第一定律还在环境科学、材料科学和天文学中发挥作用。
总的来说，热力学第一定律是能量转化和传递研究的基础，为各个领域的科学和工程提供了重要的理论基础。
热力学第一定律
W>0 对系统作功
闭口系统的热力学第一定律表达式
一般式 Q = ∆U + W dQ = dU + dW q = ∆u + w dq = du + dw 适用条件： ） 适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程 Q
微分形式 单位质量工质
W
闭口系统的热力学第一定律表达式
对于可逆过程 对于可逆过程
δw = pdv
实质：能量转换和守恒定律在热力学系统中的应用。 实质：能量转换和守恒定律在热力学系统中的应用。 可表述为： 可表述为：在孤立系统内能量的总量保持不变
能量守恒与转换定律：能量不可能被创造， 能量守恒与转换定律 能量不可能被创造，也不可能被消 能量不可能被创造 只能相互转换，且在孤立系统中总量保持不变。 灭，只能相互转换，且在孤立系统中总量保持不变。
• 18世纪初，工业革命，热效率只有 。 世纪初， 世纪初 工业革命，热效率只有1%。 • 1842年，J.R.Mayer阐述热力学第一定律， 年 阐述热力学第一定律， 阐述热力学第一定律 但没有引起重视。 但没有引起重视。 • 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性证 1840-1849年 Joule用多种实验的一致性证 明热力学第一定律， 明热力学第一定律，于1850年发表并得到公 年发表并得到公 认。
• 第一 什么是热力学第一定律？ 什么是热力学第一定律？ 热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转 热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换， 换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。 换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。 • 第二 为什么要学习热力学第一定律？ 为什么要学习热力学第一定律？ 物质和能量既不能被消灭也不能被创造。 物质和能量既不能被消灭也不能被创造。 • 第三 热力学第一定律的应用？ 热力学第一定律的应用？ 第一类永动机是不可能造成的
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将深入探讨热力学第一定律的原理和应用。
1. 热力学第一定律的原理热力学第一定律表明，一个系统的内能的增量等于吸热与做功之和。
简单来说，即能量的增加等于热量输入和功输入之和。
在一个封闭系统中，内能变化可以表示为ΔU = Q + W，其中ΔU表示内能变化量，Q表示吸热，W表示做功。
根据能量的守恒原理，一个系统的能量不会凭空消失或增加，而是转化成其他形式。
2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有广泛的应用。
以下是其中一些常见的应用场景：2.1. 理想气体的过程分析在理想气体的过程分析中，热力学第一定律被广泛应用于计算气体的工作、吸热和内能变化等参数。
根据热力学第一定律的原理，我们可以通过测量系统吸热和做功的量来计算内能的变化。
2.2. 热机效率的计算热力学第一定律也可用于计算热机的效率。
根据热力学第一定律原理，热机的效率可以表示为η = 1 - Q2/Q1，其中Q1表示热机输入的热量，Q2表示热机输出的热量。
通过计算输入和输出的热量可以确定热机的效率。
2.3. 化学反应的能量变化热力学第一定律也可用于描述化学反应的能量变化。
在化学反应中，热力学第一定律可以帮助我们计算反应的吸热或放热量，从而确定反应是否放热或吸热以及能量变化的大小。
3. 热力学第一定律在能源利用中的应用能源利用是热力学第一定律的一个重要应用领域。
通过研究能源的转化过程和能量损失，我们可以更有效地利用能源资源。
3.1. 热力学循环热力学循环是将热能转化为功的过程，如蒸汽轮机和内燃机。
通过分析热力学循环中各个环节的能量转化和损失，可以优化循环系统的效率，提高能源利用率。
3.2. 可再生能源利用热力学第一定律也可以应用于可再生能源的利用。
通过分析可再生能源的收集、转化和储存过程中的能量转化和守恒关系，可以优化利用这些能源的方式，减少能量的损失和浪费。
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目录摘要 (1)关键字 (1)Abstract: ......................................................................................... 错误!未定义书签。
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引言 (1)1．热力学第一定律的产生 (1)1.1历史渊源与科学背景 (1)1.2热力学第一定律的建立过程 (2)2.热力学第一定律的表述 (3)2.1热力学第一定律的文字表述 (3)2.2数学表达式 (3)3.热力学第一定律的应用 (4)3.1焦耳实验 (4)3.2热机及其效率 (5)总结 (7)参考文献 (7)热力学第一定律的内容及应用摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。
本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机的应用。
关键字：热力学第一定律；内能定理；焦耳定律；热机；热机效率引言在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。
在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。
直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。
本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机，进行简单展开。
1．热力学第一定律的产生1.1历史渊源与科学背景人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。
中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。
北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。
”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。
恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。
但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。
18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。
这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。
十九世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。
特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯（M.Crookes，1832—1919）,所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规则动的结论。
热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。
使人们对热的本质的认识大大地进了一步。
戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。
1.2热力学第一定律的建立过程在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。
于是，热力学应运而生。
1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。
德国医生、物理学家迈尔在1841-1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。
焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。
德国物理学家、医生迈尔：德国物理学家、医生迈尔（JuliuRobert Mayer，1814～1878）1840年2月到1841年2月作为船医远航到印度尼西亚。
他从船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒。
他由此受到启发，去探索热和机械功的关系。
他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文，但他的观点缺少精确的实验论证，论文没能发表（直到1881年他逝世后才发表）。
迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷，并且发奋进一步学习数学和物理学。
1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。
迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。
但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。
1843年8月21日焦耳在英国科学协会数理组会议上宣读了《论磁电的热效应及热的机械值》论文，强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。
焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研和测定了热功当量。
他先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。
他自己1878年与1849年的测验结果相同。
后来公认值是427千克重·米每千卡。
这说明了焦耳不愧为真正的实验大师。
他的这一实验常数，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。
1847年，亥姆霍兹发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。
能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。
将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律[1]。
2.热力学第一定律的表述2.1热力学第一定律的文字表述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，在转化和传递中能量的数量保持不变。
该定律就称为热力学第一定律，也称为能量转换与守恒定律，这一定律也被表示为：第一类永动机（不消耗任何形式的能量而能对外做功的机械）是不能制作出来的[2]。
2.2数学表达式2.2.1内能定理将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想，它的发展应借助于数学。
马克思讲过，一门科学只有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。
另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层层推论，建成一个严密的体系。
热力学也理应这样的发展起来。
所以下一步应该建立热力学第一定律的数学表达式。
第一定律描述功与热量之间的相互转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数（即态函数），把它与功和热量联系起来，由此说明功和热量转换的结果其总能量还是守恒的。
在力学中，外力对系统做功，引起系统整体运动状态的改变，使系统总机械能（包括动能和外力场中的势能）发生变化。
系统状态确定了，总机械能也就确定了，所以总机械能是系统状态的函数。
而在热学中，煤质对系统的作用使系统内部状态发生改变，它所改变的能量发生在系统内部。
内能是系统内部所有微观粒子（例如分子、原子等）的微观的无序运动能以及总的相互作用势能两者之和。
内能是状态函数，处于平衡态系统的内能是确定的。
内能与系统状态之间有一一对应的关系。
内能定理从能量守恒原理知：系统吸热，内能应增加；外界对系统做功，内能也增加。
若系统既吸热，外界又对系统做功，则内能增加应等于这两者之和。
为了证明内能是态函数，也为了能对内能做出定量的定义，先考虑一种较为简单的情况——绝热过程，即系统既不吸热也不放热的过程。
焦耳做了各种绝热过程的实验，其结果是：一切绝热过程中使水升高相同的温度所需要做的功都是相等的。
这一实验事实说明，系统在从同一初态变为同一末态的绝热过程中，外界对系统做的功是一个恒量，这个恒量就被定义为内能的改变量，即绝热W U U =-12（内能定理）因为绝热W 仅与初态、末态有关，而与中间经历的是怎样的绝热过程无关，故内能是态函数[3]。
2.2.2热力学第一定律的数学表达式若将绝热W U U =-12推广为非绝热过程，系统内能增加还可来源于从外界吸热Q ，则W Q U U +=-12（热力学第一定律一般表达式）这就是热力学第一定律的数学表达式。
前面已讲到，功和热量都与所经历的过程有关，它们不是态函数，但二者之和却成了仅与初末状态有关、而与过程无关的内能改变量了[4]。
3.热力学第一定律的应用3.1焦耳实验理想气体的内能仅是温度的函数, 即()U U T = (1)这一规律称为焦耳定律，是一个很重要的定律, 它是理想气体宏观定义的两个条件之一。
从微观角度很容易理解, 因为理想气体忽略分子间的作用力, 不考虑分子问的相互作用势能。
在宏观理论中, 一般是通过介绍焦耳实验得到焦耳定律的。
取1摩尔气体, 由热力学关系式1T U VU V T V T U ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 可以得到,m p T UU T C V U ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ (2) 其中U ,V 和,m v C ,分别为气休的摩尔内能、摩尔体积和定容摩尔热容量,T 为气休的热力学温度,为了测定气体的内能对体积的依赖关系, 焦耳曾于1845年做了如图所示的气体自由膨胀实验,容器A 中充满被压缩的气体,容器B 为真空,A 、B 相联处用一活门C 隔开, 整个装置放入量热器的水中。
当活门C 打开后, 气体将自由膨胀充满整个容器。
这就是著名的焦耳实验。
焦耳测量了气体膨胀前后水的平衡温度,发现水的平衡温度没有改变。
这一结果说明两点, 第一,气体在膨胀过程中与水没有热量交换, 因而气体进行的是绝热自由膨胀过程；第二,膨胀前后气体的温度没有改变。
由第一点,根据热力学第一定律可知。
气体的绝热自由膨胀是一个等内能过程,由第二点再根据（2）式,有0TU V ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭ 即焦耳实验的结果表明气体的内能仅是温度的函数[5]。
3.2热机及其效率18世纪第一台蒸汽机问世后,经过许多人的改进,特别是纽科门和瓦特的工作,使蒸汽机成为普遍适用于工业的万能原动机,但其效率却一直很低,只有3%5%左右,95%以上的热量都未被利用。
其他热机的效率也普遍不高,譬如:液体燃料火箭效率48%,柴油机效率37%,汽油机效率25%等等。
人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。
这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么?热机效率的提高有没有一个限度?1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限度地用来对外做有用功(此即著名的卡诺定理),且该热机效率与工作物质无关,仅与热源温度有关,从而为热机的研究工作确定了一个正确的目标[6]。