热力学第一定律

热力学第一定律（英语：First Law of Thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，能量守恒定律对非孤立系统的扩展。此时能量可以以功W或热量Q的形式传入或传出系统。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，若系统对外界做正功，则${\displaystyle W}$为正，反之则为负。

写成微分形式为：

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

阐述方式

1. 系统内能的变化等于其吸收的热量减去系统对外界所作的功^[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。

热力学第一定律功率平衡方程

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

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：${\displaystyle \qquad \sum _{i}{\dot {Q_{\mathrm {i} }}}=0}$

参阅

• 热力学
• 热力学第零定律
• 热力学第二定律
• 热力学第三定律
• 不可逆性
• 卡诺定理
• 熵
• 余熵
• 基态
• 热寂
• 绝热过程

参考资料

• 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.