课件-热力学第一定律

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1、热力学第一定律P1热力学是研究热、和其它形式能量之间的转换关系它包含当体系变化时所引起的物理量的变化。若两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则他们彼此之间处于热平衡。按照福勒(R.H.Fowler)在l93l年提出的建议，将两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则他们彼此之间处于热平衡。例如系统a与c达到热平衡,b也与c达到热平衡,我们说ab就达到热平衡将两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则他们彼此之间处于热平衡称之为热力学第零定律。热力学第零定律于1930年由福勒(R.H.Fowler)正式提出，比热力学第一定律和热力学第二定律晚了80余年。虽然这条定律很晚才提出

2、，但实际上人们很早就已经开始使用它了。因为它是后面几个定律的基础，在逻辑上应该排在最前面，所以叫做热力学第零定律。“温度”的概念是基于这现象为基础,而后才能被建立起来的。温度：物体的冷热程度。并规定一个大气压下纯水的冰点是0oC,沸点为100oC。热力学第零定律是测量温度的理论根据，违背了它，便测不准温度。P2另一方面,冷热不同的两个物体相接触，它们的温度逐渐接近，最后达到相同。这时，我们说两个物体达到了热平衡。例如20度的铜和150的铁互相接触,由于热传递最后铜和铁的温度都是60度,我们就说铜和铁达到了热平衡.因此,热力学第零定律也可以表示为：一切互为热平衡的物体

3、，具有相同的温度。P3在第一次课中我们介绍了热功当量的发现为第一定律的建立奠定了实验基础1842年迈耶(Mayer)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。1843年焦耳在英国科学协会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。焦耳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。P4焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，通过各种实验求证热和功的转换关系，得到

4、一致的结果，提出了“热功当量”的概念”确立了热功当量关系：1Joule=0.241cal后来更精确地测定为:1Joule=0.2389cal1847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。它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。P5能量守恒与转化定律：自然界的一切物质具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能的形式可以转化，但能量的总值不变。例如，放置在高处的一个物体，他有10j的势能，动能为0。总的能量为10，当他自由下落一段距离

5、后势能为7，动能为3。有3j的势能转换为动能，但总的能量是不便的，还是10。将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律。P6历史上曾有人想制备不消耗能量就能做功的机器，称为第一类永动机，这是违反能量守恒定律的。热力学第一定律反映了系统对外作功必须从外界吸收热量或者减少系统内能，即第一类永动机不可能实现。热力学第一定律的另一种表述:制造第一类永动机是不可能的这是第一类永动机的图片约280年前，有位德国博士奥尔菲留斯声称发明了一个“永动机”—自动轮。他声称他的制备的这个自动论不用能量就可以自己旋转。最后骗局被博士先生的女仆揭穿了。原来这间安放自动轮的房子里修了一个

6、夹壁墙，只要有人在夹壁墙内牵动绳子，轮子就会转。轮子不是“永动”的，而是“人动”的。P7德国科学家R.Clausius是第一位把热力学第一定律用数学形式表达出来的人。1850年，Clausius所发表论文中，此水蒸发为例，认为物体热量的增加量dQ等于物体中热量的变化dH、内功的变化dJ和外功变化dW的和，即：Clausius没有对U命名，次年LordKelvin称U为内能（internalenergy）。P8热力学第一定律的数学表达形式是:用文字叙述就是：体系内能的增量等于体系吸收的热量减去体系对环境作的功。包括体系和环境在内的能量守恒。热和功有正负系统得功W>0系

7、统做功W<0系统吸热Q>0系统放热Q<0就像一个人通过吃饭增加了5j的能量，这个人劳动输出了4j的能量，那么储存在她体内的能量还剩1j若体系发生微小的变化，内能的变化dU=δQ+δW······(1-2)P7设体系在变化过程中只作体积功，不作其它功对于准静态δQ=dU-δW=dU+pdVpdV是体积功是压力与体积变化的乘积δQ=dU–δW实际上是热的定义。过程中系统所吸收的热为系统内能的变化减去系统得到的功定义焓为H=U+PV焓也是一个状态函数，焓的性质取决于系统的始态1和终态2，与经历的变化路径没有关系根据焓的定义有ΔH=ΔU+Δ(PV)dH=dU+d(PV)