热力学第一定律

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热力学
经典的卡诺热机 T（熱庫）、Q（熱量）、W（功） H（高溫）、C（低溫）
分支 经典 统计 化学 量子热力学 平衡（英语：Equilibrium thermodynamics） / 非平衡
定律 第零 第一 第二 第三
系统 封閉系統 孤立系統 状态 状态方程 理想氣體 實際氣體 相 / 物质状态 平衡 控制體積 仪器（英语：Thermodynamic instruments） 过程 等压 等体 等温 绝热 等熵 等焓 准静态 多方 自由膨脹 可逆 不可逆 内可逆 循环 热机 热泵 热效率
系统性质 性质图 强度和广延性质 状态函数 （斜体共軛物理量） 温度 / 熵 熵的简介（英语：Introduction to entropy） 压强 / 体积 化学势 / 粒子數 蒸氣量 简化性质 過程函數 功（英语：Work (thermodynamics)） 热
材料性质 比热容  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ 压缩性  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ 热膨胀  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$ 性质数据库
方程 卡诺定理 克劳修斯定理 基本关系 理想气体定律 麦克斯韦关系 昂萨格倒易关系 布里奇曼热力学方程 热力学方程表
势 自由能 自由熵 内能 ${\displaystyle U(S,V)}$ 焓 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 亥姆霍兹自由能 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 吉布斯能 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
历史／文化 哲学 熵与时间 熵与生活 布朗棘轮 麦克斯韦妖 热寂佯谬 洛施密特佯谬 协同学 历史 总史 热 熵 气体定律 永动机 理论 热质说 活力 热动说 热功当量 动力 关键著作 《论摩擦激起的热源》 《关于多相物质平衡》 《论火的动力（英语：Reflections on the Motive Power of Fire）》 年表 热力学 热机
科学家 昂萨格 伯努利 迪昂 亥姆霍兹 吉布斯 焦耳 卡拉西奥多里 卡诺 克拉佩龙 克劳修斯 兰金 冯·迈尔 麦克斯韦 斯米顿 斯塔尔 开尔文男爵汤姆森 伦福德伯爵汤普森 沃特斯顿
查 论 编

熱力學第一定律（英語：First Law of Thermodynamics）是熱力學的四條基本定律之一，能量守恒定律對非孤立系統的擴展。此時能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統。即：

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

式中${\displaystyle \Delta E_{\rm {int}}}$为系统内能的变化量，若系統对外界做正功，则${\displaystyle W}$为正，反之則為負。

写成微分形式为：

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

1. 系統內能的變化等於其吸收的熱量減去系統對外界所作的功^[1]。
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。

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

这里：

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

特例以及简化形式：

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

• 物理学基础 ISBN 7-111-15715-X（课）page470

1. ^ 程, 守洙; 江, 之永. 普通物理学 上册 7版. 北京: 高等教育出版社. 2016: 211. ISBN 978-7-04-042919-0.