1、第 十 三 章 热 力 学 基 础 132 热力学第一定理、内能 一、内能 二、热力学第一定理 本节内容 3 一、内能 把系统处于某状态而具有的能量称为系统的内能， 用E表示，单位焦耳（J）。 表述： 2、理想气体的内能只是温度的函数，即EE(T)，若温 度不变则内能E不变；一般气体的内能是温度和体积的 函数，即EE(V，T)。 说明：1、是系统状态的单值函数，只与系统的始末状态有关系 ，而与系统所经历的过程无关。如： A B D C 过程不同，内能相同 E=E2 E1 A B D C 内能不变 E= 0 3、有些系统的内能与分子的平动能、转动能、振动能、 电子能、 原子核能及分子间相互作用的
2、势能有关 4 二、热力学第一定律 表达式： 设外界传递给系统的热量为Q；外界对系统做的功为Wex ，并设系统在始状态的内能为E0，在末状态的内能为E， 则根据能量守恒定律，有 E E0 Q Wex 由约定，系统对外界所做的功用W表示，则WWex， 且用E E E0表示内能的增量，因而上式为 QW E 物理意义：系统从外界吸收的热量，一部分用于系统对外作功，另一 部分用来增加系统的内能。此即热力学第一定律。 1、表述一：系统从外界吸收的热量，一部分用于系统对外作功，另一部 分用来增加系统的内能。 微分 dQ dWdE 5 说明 ： 实质是能量守恒与转换定律在热力学中的应用。1） 热力学第一定律适
3、用于封闭系统和孤立系统。应用时，只要初态 和末态是平衡态即可，中间过程所经历的各态不需要一定是平衡 态。通过系统在准静态变化过程中所产生的过程量（作的功W和 传递热量Q）把系统的始末两个平衡态状态的内能 E联系起来。 2） Q 0，系统从外界吸热； Q 0，系统向外界放热； W 0，系统对外作正功； W 0，系统对外作负功； E 0，系统内能增加； E 0，系统内能减少。 4） 热力学第一定律给出了关于“热量”更为科学的定义：系统吸收的热 量就是系统内能的增量与系统对外界做功之和。 3） 6 讨论：在W 0的前提下，Q 和E不可能同时为0，也就是说， 系统对外作功，必然要消耗系统的内能（ E
4、0）或 者由外界吸收热量（Q 0），或者两者都有。换言之， 要作功就要消耗能量。 2、表述二：第一类永动机是不可能实现的 这种永动机不需要外界供给热量（Q = 0)，也不消耗系统内能 （E= 0），但却能不停地对外做功(W 0）。显然，它违反能 量守恒定律。历史上不少人曾企图制造这种机器，皆以失败而 告终。 第一类永动机： QW E 由热力学第一定律 7 各种各样的永动机 这也是个被用到烂的永动机概念 。水从上往下流的水力，足以带 动一个抽水的系统将水再抽回去 。问题是，水车产生的功带动抽 水机所抽的水，永远少于将水带 上去所需要的能量啊！ 第一类永动机是不可能实现的 这是最早的永动机概念之一，在理论 上，因为一边的力矩大（球伸得远） ，另一边力矩小，因此轮子应该会一 直转下去。问题呢？力矩小的那边球 比较多，因此质量比较大，抵消掉了 另一边产生的力。 8 本节作业
