热力学第一定律

系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分用于系统对外做功。

说明： (1)热力学第一定律是包含热现象在内的能量守恒定律。

(2)热力学第一定律也可表述为：第一类永动机不可能制造出来。 热力学第一定律是能量守恒定律对非孤立系统的扩展。此时能量可以以功W或热量Q的形式传入或传出系统。即：

$\qquad \mathrm {\Delta } E_{\rm {int}}=Q+W$

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

写成微分形式为：

$\qquad \mathrm {d} E_{\rm {int}}=\delta Q+\delta W$

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

$\qquad {dE_{\mathrm {sys} } \over dt}=\sum _{i}{\dot {Q_{\mathrm {i} }}}+\sum _{j}{\dot {W_{\mathrm {j} }}}+\sum _{e}{\dot {m_{\mathrm {e} }}}\cdot \left(h_{\mathrm {e} }+g\cdot z_{\mathrm {e} }+{1 \over 2}c_{\mathrm {e} }^{2}\right)-\sum _{a}{\dot {m_{\mathrm {a} }}}\cdot \left(h_{\mathrm {a} }+g\cdot z_{\mathrm {a} }+{1 \over 2}c_{\mathrm {a} }^{2}\right)$

这里：

• $\qquad {dE_{\mathrm {sys} } \over dt}$系统随时间的变化量。
• $\qquad {\dot {Q_{\mathrm {i} }}}$通过系统边界的热量。
• $\qquad {\dot {W_{\mathrm {j} }}}$通过系统边界的功。
• $\qquad {\dot {m_{\mathrm {e} }}}$流入系统内部的质量流。
• $\qquad {\dot {m_{\mathrm {a} }}}$流到系统外部的质量流。
• $\qquad h$ 特别焓。
• $\qquad g\cdot z$质量流所具有的势能。
• $\qquad {1 \over 2}c^{2}$质量流所具有的动能。

特例以及简化形式：

• 封闭系统：$\qquad \sum _{e}{\dot {m_{\mathrm {e} }}}\cdot \left(h_{\mathrm {e} }+g\cdot z_{\mathrm {e} }+{1 \over 2}c_{\mathrm {e} }^{2}\right)-\sum _{a}{\dot {m_{\mathrm {a} }}}\cdot \left(h_{\mathrm {a} }+g\cdot z_{\mathrm {a} }+{1 \over 2}c_{\mathrm {a} }^{2}\right)=0$
• 稳定系统：$\qquad {dE_{\mathrm {sys} } \over dt}=0$
• 绝热系统：$\qquad \sum _{i}{\dot {Q_{\mathrm {i} }}}=0$

參閱

• 热力学第零定律
• 热力学第二定律
• 热力学第三定律

参考资料

• 物理学基础 ISBN 7-111-15715-X/O·390（课）page470