《热力学》课程PPT教学课件（讲稿）第四章 热力学第一定律 First Principle of Thermodynamics

第四章热力学第一定律 (First Principle of Thermodynamics) 第一节热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律在涉及热现象宏观过程中的具体表 现。表现形式:温度,内能。 无序运动的能量怎样向有序运动转移?这种转移有什么规律?是 本章的主要研究内容。 注意:热力学第一定律不能完全描述能量转移规律。完全描述需 要热力学第二定律。另外,要把整个描述系统公理化(自恰系 统),还需要热力学第三定律

第四章 热力学第一定律 (First Principle of Thermodynamics) 第一节 热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律在涉及热现象宏观过程中的具体表 现。表现形式：温度，内能。 无序运动的能量怎样向有序运动转移？这种转移有什么规律？是 本章的主要研究内容。 注意：热力学第一定律不能完全描述能量转移规律。完全描述需 要热力学第二定律。另外，要把整个描述系统公理化（自恰系 统），还需要热力学第三定律

(一)能量守恒定律 能量的存在及转化形式 能量有多种形式:机械能、电能、磁能、化学能、引力势能、弹性 势能、表面能、热能、…;他们能够互相转化。 18世纪末:瓦特的蒸汽机,热能机械能 1800年:伏打电池, 化学能电能 拉瓦锡、李食物的化学能动物体热, 比希提出: 活动能量 1821年:塞贝克发现温差电现象,热能 少电能 1831年:法拉第发现电磁感应现象,电能>磁能 1840年:焦耳发现电流的热效应,电能心热能

（一）能量守恒定律 能量有多种形式：机械能、电能、磁能、化学能、引力势能、弹性 势能、表面能、热能、...；他们能够互相转化。 18世纪末： 瓦特的蒸汽机， 热能 机械能 1800年： 伏打电池， 化学能 电能 拉瓦锡、李 比希提出： 食物的化学能 动物体热， 活动能量 1821年：塞贝克发现温差电现象， 热能 电能 1831年：法拉第发现电磁感应现象，电能 磁能 1840年：焦耳发现电流的热效应， 电能 热能 能量的存在及转化形式

能量守恒 1842年迈耶( Mayer)(医生)《化学与药物年鉴》提出机械能向热能转化中的 能量守恒,并给出定量关系:1ca|=357J,但没有给出推导。1845年给出说 明(自费发表)。1850年曾为此自杀未遂,1860年后获承认。 1840-1879年焦耳( Joule)做了40年热功当量试验,得到:1cal=4.157J(现 在数值:1ca|=4184J)。 1847年霍姆霍兹(H. on Helmholtz提出能量守恒定律。投稿被拒后,自费出 版。 1850年后,能量守恒定律被科学界普遍承认。 能量守恒定律的表述 自然界一切物体都有能量,能量有各种不同形式,它能从一种形式 转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递 的过程中能量的数量不变

能量守恒 1842年 迈耶 (Mayer) （医生）《化学与药物年鉴》提出机械能向热能转化中的 能量守恒，并给出定量关系：1Cal = 3.57 J，但没有给出推导。1845年给出说 明（自费发表）。1850年曾为此自杀未遂，1860年后获承认。 1840-1879年 焦耳 (Joule) 做了40年热功当量试验，得到：1 Cal = 4.157 J （现 在数值：1 Cal= 4.184 J)。 1847年 霍姆霍兹 (H. Von Helmholtz) 提出能量守恒定律。投稿被拒后，自费出 版。 1850年后，能量守恒定律被科学界普遍承认。 能量守恒定律的表述 自然界一切物体都有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式 转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递 的过程中能量的数量不变

(二)功—力学作用下的能量转移 作用形式: 热力学系统中的力学作用形式多样,如:压强、表面张力、 弹性力、电磁力、等等。 作用效果: 使热力学系统的平衡条件被破坏,在系统状态变化过程中伴 随有能量转移,其形式即:作功。 些常见过程中元功的计算 作用力为广义力,状态变化为广义位移,记Y为广义力, △X为广义位移,则其元功为: △=Y△X

（二）功——力学作用下的能量转移 作用形式： 热力学系统中的力学作用形式多样，如：压强、 表面张力、 弹性力、 电磁力、 等等。 作用效果： 使热力学系统的平衡条件被破坏，在系统状态变化过程中伴 随有能量转移，其形式即：作功。 一些常见过程中元功的计算 作用力为广义力， 状态变化为广义位移，记Y 为广义力， X 为广义位移，则其元功为： W =YX

体积功△W=YX=PS·△B2 因为△=-SAX,△W=pANV%压D: S 无擦时,.=P△=pAm)m 符号:△W>0,外界对气体作正功 AX (△V<0);△W<0,气体对外界作正功(△V>0)。 表面张力功设σ为表面张力系数,在表面张力作用下面积的改变 量为△S,则其作功为△W=S 弹性力功设T为棒中弹性力,在起作用下,棒被拉长Δ,则其 作功为△W=TL 电源电动势所作功△=U=IR·I△t=/2R△t

体积功 W = YX = Pe S X 因为 V = −SX , W = −pe V 无摩擦时， pe = p W = − pV 符号：W > 0, 外界对气体作正功 （V < 0 ）；W < 0, 气体对外界作 表面张力功 设为表面张力系数，在表面张力作用下面积的改变 量为 S, 则其作功为 W =S 弹性力功 设T为棒中弹性力，在起作用下，棒被拉长 l，则其 作功为 W =TL 电源电动势所作功 W =Uq = IRIt = I Rt 2 正功（V > 0 )