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热力学第一定律

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热力学第一定律

thermodynamics,first law of

基本内容:热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。

普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。

热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出,热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其他能量相互转换,在传递和转换过程中,能量的总值不变。


表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律,系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后,内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外,还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z,则应为ΔU=Q-A+Z。当然,上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。对于无限小过程,热力学第一定律的微分表达式为

dQ=dU+dA因U是态函数,dU是全微分;Q、A是过程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符号d以示区别。又因ΔU或dU只涉及初、终态,只要求系统初、终态是平衡态,与中间状态是否平衡态无关。

热力学第一定律的另一种表述是:第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器,是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然,第一类永动机违背能量守恒定律。

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  热力学的基本定律之一,是能量守恒和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出,热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其他能量相互转换,在传递和转换过程中,能量的总值不变。它的另一种表述方式为:不消耗能量就可以作功的"第一类永动机"是不可能实现的。
  18世纪以来,流行一时的"热质说"相继为 Count von朗福德、J.R.von迈尔、J.P.焦耳等人所推翻。他们证明热是物质运动的一种表现,并逐步归纳成第一定律的表述方式。其中焦耳于1840~1850年进行的热功当量实验为这一定律的科学表述奠定了基础。焦耳的实验表明,机械能所作的功W与其转换得到的热量Q之间存在着严格的数量关系,不管转换的过程如何,一个单位的热量永远相当于E个单位的功,即W=EQ,式中E称为热功当量。在国际单位制(SI)中,热量和功的单位都是焦耳(J),所以E=1。
  对于封闭系统(见热力系统),热力学第一定律可表达为
        Q=ΔU +W
或       δQ=dUW
它表明向系统输入的热量Q,等于系统内能的增量ΔU 和系统对外界作功W之和。
  在热工设备中经常遇到工质稳定地流入和流出设备的开口系统(见图)的情形。这时,热力学第一定律可表达为

热力学第一定律

它表明向系统输入的热量 Q,等于质量为 m的流体流经系统前后H 的增量、动能 热力学第一定律的增量以及系统向外界输出的机械功W之和。
热力学第一定律热力学第一定律

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