热力学第一定律

Template:NoteTA Template:没有来源 Template:Sidebar with collapsible lists 熱力學第一定律（Template:Lang-en）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：

$\mathrm{\Delta }{E}_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}}=Q-W$

式中$\mathrm{\Delta }{E}_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}}$为系统内能的变化量，若系統对外界做正功，则$W$为正，反之則為負。

写成微分形式为：

$\mathrm{d}{E}_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}}=\delta Q-\delta W$

阐述方式

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。
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

$\frac{d{E}_{\mathrm{s}\mathrm{y}\mathrm{s}}}{dt}=\sum _i\dot{Q_{\mathrm{i}}}+\sum _j\dot{W_{\mathrm{j}}}+\sum _e\dot{m_{\mathrm{e}}}\cdot (h_{\mathrm{e}}+g\cdot z_{\mathrm{e}}+\frac{1}{2}{c}_{\mathrm{e}}^2)-\sum _a\dot{m_{\mathrm{a}}}\cdot (h_{\mathrm{a}}+g\cdot z_{\mathrm{a}}+\frac{1}{2}{c}_{\mathrm{a}}^2)$

这里：

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

特例以及简化形式：

• 封闭系统：$\sum _e\dot{m_{\mathrm{e}}}\cdot (h_{\mathrm{e}}+g\cdot z_{\mathrm{e}}+\frac{1}{2}{c}_{\mathrm{e}}^2)-\sum _a\dot{m_{\mathrm{a}}}\cdot (h_{\mathrm{a}}+g\cdot z_{\mathrm{a}}+\frac{1}{2}{c}_{\mathrm{a}}^2)=0$
• 稳定系统：$\frac{d{E}_{\mathrm{s}\mathrm{y}\mathrm{s}}}{dt}=0$
• 绝热系统：$\sum _i\dot{Q_{\mathrm{i}}}=0$

參閱

• 熱力學
• 熱力學第零定律
• 熱力學第二定律
• 熱力學第三定律
• 不可逆性
• 卡諾定理
• 熵
• 餘熵
• 基態
• 熱寂
• 絕熱過程

参考资料

• 物理学基础 ISBN 7-111-15715-X（课）page470