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本章内容：介绍有关热力学第一定律的一些基本概念，热、功、状态函数，热力学第一定律、热力学能和焓，明确准静态过程与可逆过程的意义，进一步介绍热化学。
第一节热力学概论⏹热力学研究的目的、内容⏹热力学的方法及局限性⏹热力学基本概念一．热力学研究的目的和内容目的：热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。
内容：热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。
其中第一、第二定律是热力学的主要基础。
把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象，称为化学热力学。
化学热力学的主要内容是：1.利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题；2.利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，建立相平衡、化学平衡理论；3.利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题二、热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，演绎出有特定用途的状态函数，通过计算某变化过程的有关状态函数改变值，来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。
而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质，并不涉及物质结构和变化的细节。
优点：⏹研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。
⏹只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理，简化了处理方法。
局限性：1.只考虑变化前后的净结果，只能对现象之间的联系作宏观的了解，而不能作微观的说明或给出宏观性质的数据。
例如：热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系，但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。
2.只讲可能性，不讲现实性，不知道反应的机理、速率。
三、热力学中的一些基本概念1.系统与环境系统：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
教学目标：1. 理解并掌握热力学第一定律的基本原理和表述方式。
2. 掌握内能、热量和功的概念及其相互关系。
3. 熟悉热力学第一定律在工程和实际应用中的重要性。
4. 能够运用热力学第一定律进行能量转换和守恒的计算。
教学重点：1. 热力学第一定律的基本原理。
2. 内能、热量和功的计算方法。
3. 热力学第一定律在工程和实际应用中的案例。
教学难点：1. 状态函数的概念及其与过程变量的区别。
2. 热力学第一定律在不同过程中的应用。
教学准备：1. 教学视频：介绍热力学第一定律的原理和应用。
2. 科学实验：组织学生进行实验，体验能量守恒和转换的过程。
3. 课件与习题：制作简洁明了的课件，提供适量的练习题。
教学过程：一、导入1. 介绍热力学第一定律的基本概念，引导学生思考能量守恒和转换的重要性。
2. 提出问题：如何描述能量在系统内部和系统与环境之间的转换？二、讲解热力学第一定律的基本原理1. 介绍热力学第一定律的表述方式：物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和。
2. 解释内能、热量和功的概念及其相互关系。
3. 强调能量守恒和转换在热力学过程中的重要性。
三、讲解内能、热量和功的计算方法1. 讲解内能的计算方法，包括理想气体和实际气体的内能计算。
2. 讲解热量的计算方法，包括等温、绝热、等压和等容过程中的热量计算。
3. 讲解功的计算方法，包括体积功和表面功的计算。
四、讲解热力学第一定律在工程和实际应用中的案例1. 介绍热力学第一定律在热机、制冷机和空调系统中的应用。
2. 分析热力学第一定律在化工、能源和环境保护等领域的重要性。
五、实验演示1. 组织学生进行实验，观察和记录能量守恒和转换的过程。
2. 引导学生分析实验结果，加深对热力学第一定律的理解。
六、习题讲解与讨论1. 提供适量的练习题，让学生运用所学知识进行计算。
2. 讨论练习题中的难点和易错点，帮助学生巩固所学知识。
七、总结1. 总结热力学第一定律的基本原理和应用。
热力学第一定律基本概念和重点总结1.能量的守恒性：热力学第一定律表明，能量是守恒的，即在一个封闭的系统中，能量的总量保持不变。
能量可以从一个物体或者系统转移到另一个物体或者系统，但总能量不会减少或者增加。
2.系统的内能：内能是指一个物体或者系统所具有的全部微观状态的总和。
内能包括物体的动能、势能和分子之间的相互作用能等。
根据热力学第一定律，一个封闭的系统内能的变化等于从系统中吸收的热量和对系统做功的总和。
3.热量的传递：热量是由一个物体传递给另一个物体的能量。
热量的传递方式可以是热传导、热辐射和对流传热。
热传导是指热量通过物体内部的分子传递，热辐射是指以电磁波的形式传输热量，而对流传热是指通过流体的传动使热量传递。
根据热力学第一定律，传递给系统的热量可以增加系统的内能。
4.对系统做功：对系统做功是指外界对系统施加的力使系统发生位移，并且力和位移的乘积。
根据热力学第一定律，系统对外界做功会减少系统的内能。
5.热机和热量机：热力学第一定律还涉及到热机和热量机的工作原理。
热机是指通过吸收热量和释放热量来进行功的装置，如蒸汽机。
热量机是指通过从高温热源吸热、向低温热源放热，转化热能为机械能的系统。
6.等价性原理：热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表明能量在物质体系中的转化与传递。
热力学第一定律的另一个重点是等价性原理，它说明有功过程可以相互转换为无功过程。
例如，机械能可以转化为热能，热能也可以转化为机械能。
总结起来，热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它表明能量在物质体系中的传递与转化。
重点概念包括能量的守恒性、系统的内能、热量的传递、对系统做功、热机和热量机的工作原理以及等价性原理。
了解和理解热力学第一定律对于理解能量转化与传递以及热力学过程具有重要意义。
3.2热力学第一定律〖教材分析〗通过对上两节课内容的归纳，即做功和热传递都可以改变物体的内能，并且二者是等效的。
在此基础上，提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变?通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。
通过课本例题的讲解，培养学生运动热力学第一定律分析和解决问题的能力。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道热力学第一定律及其符号法则，能从热力学学的视角正确描述和解释生活中的热现象，能灵活应用热力学第一定律解决实际问题。
科学思维∶理解热力学第一定律的公式，并能在新的生活情境中对问题进行分析和推理。
科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。
科学态度与责任∶从焦耳的实验到热力学第一定律，认识到我们应该具有实事求是的态度，认识到物理学是人类认识自然的方式之一。
〖教学重难点〗教学重点：热力学第一定律的公式及其符号法则。
教学难点：热力学第一定律和实际应用。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。
那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。
这是为什么呢?分析：压缩气体，内能增大，给气体加热内能也是增大。
两者叠加所以就更明显。
二、新课教学（一）热力学第一定律焦耳的实验归总结除了：做功与传热在改变系统内能方面是等价的。
之前学过做功和热传递都可以改变物体的内能，回顾一下公式。
在绝热过程中Q=0，系统内能增量等于外界对系统做的功ΔU=W，而当外界对系统做功为零W=0，那系统的内能增量等于吸热ΔU=Q。
这两种方式在改变物体内能的结果上是相同的。
思考：如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能又如何变化呢？既然做功与传热对改变系统的内能是等价的，那么当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是ΔU=W+Q热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向他传递的热量与外界对他所做的功的和。
《热力学第一定律》教案1第一篇：《热力学第一定律》教案1《热力学第一定律》一、改变内能的两种方式：做功和热传递1．做功可以改变物体的内能【生活实例】列举锯木头和用砂轮磨刀具，锯条、木头和刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，可以使物体的内能增加。
如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。
如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。
功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。
【演示】演示压缩空气，硝化棉燃烧。
说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。
以上实例说明做功可以改变物体的内能。
2．热传递可以改变物体的内能【生活实例】在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。
这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。
物体吸收热量，内能增加。
物体放出热量，物体的内能减少。
如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。
热量的计算公式有：Q=cmΔt。
热量的单位是焦耳，过去的单位是卡。
所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。
3．做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
4．做功和热传递的区别虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式的物理过程有本质的区别。
做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。
而热传递的过程只是物体之间内能的转移，没有能量形式的转化。
例：1．在下列过程中，通过热传递增加物体内能的是[ ] A．火车经过铁轨后铁轨的温度升高B．压缩筒内乙醚，使其燃烧C．铁棒被太阳晒热 D.汽车刹车后，轮胎变热2．物体的内能增加这是因为[ ] A．一定是由于物体吸收了热量B．一定是由于对物体做了功C．可能是由于物体吸收了热量，也可能是由于对物体做了功3．说明下列各题中内能改变的方法：(1)一盆热水放在室内，一会就凉了，______；(2)高温高压的气体，迅速膨胀，对外做功，温度降低，______。
高中物理热力学第一定律教案引言：热力学是物理学中的重要分支，旨在研究热能与功的转换关系以及物质的热平衡状态。
在高中物理教学中，热力学的学习对学生的科学素养和物理思维的培养至关重要。
本教案将以高中物理热力学第一定律为核心内容，通过理论讲解和实验探究相结合的方式，帮助学生深入理解热力学的基本原理和应用。
一、知识概述1. 定义：高中物理热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明在一个孤立系统中，能量可以相互转化，但总能量不会增加或减少。
2. 表示形式：ΔU = Q - W，其中ΔU代表系统内能的变化，Q代表吸热量，W代表功。
二、理论讲解1. 系统内能的概念系统内能是指物体中分子的热运动能量总和。
分子运动越剧烈，其内能越高。
2. 吸热和放热吸热是指系统从外界吸收热量，其符号为正；放热是指系统向外界释放热量，其符号为负。
3. 功的概念和形式功是指外界对系统做的可逆过程中的能量转移。
根据形式的不同，功可以分为以下几种情况：- 体积无限长做功：W = -PΔV，其中P代表压强，ΔV代表体积变化。
- 力沿直线做功：W = Fdcosθ，其中F代表力，d代表位移，θ代表力和位移间的夹角。
4. 第一定律的表达形式根据能量守恒定律，系统内能的变化等于吸热量与对外做的功的代数和。
三、实验探究为了加深学生对热力学第一定律的理解，我们将进行以下实验：1. 实验目的：通过加热水的方式，观察热能转化和功的变化。
2. 实验材料：烧杯、热水、温度计、测量缸、线圈等。
3. 实验步骤：a. 将温度计插入热水中，记录初始温度。
b. 加热水，直到水温升高一定程度。
c. 实时观察并记录温度变化。
d. 探究热能转化和功的关系，并记录结果。
4. 实验结果：实验结果表明，随着温度的升高，系统内能增加，吸热量增加，同时对外做的功也增加。
四、拓展应用热力学第一定律在现实生活中有着广泛的应用。
以下是一些典型的例子：1. 热机工作原理：汽车引擎、蒸汽机等都是基于热力学第一定律的热机。
热力学第一定律教案热力学第一定律教案一、教学目标1.理解热力学第一定律的定义和内涵，掌握能量守恒定律。
2.能够运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
3.培养学生分析和解决问题的能力，发展学生的科学素养和实验技能。
二、教学内容热力学第一定律的内容，以及如何运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
三、教学过程1.引入：通过实例引入热力学第一定律，让学生感知能量守恒定律在日常生活和工业生产中的重要性。
2.基本概念的讲解：讲解热量、工作和内能的定义，阐述这些概念在热力学中的重要性。
特别强调热量和工作在能量转化过程中的作用。
3.热力学第一定律的表述：讲解热力学第一定律的具体表述，即能量不能被创造或消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体传递给另一个物体。
让学生理解这个定律的实质是能量守恒。
4.热力学第一定律的应用：通过实例讲解如何运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
例如，通过一个加热器将热量转化为机械能，或者通过一个制冷器将机械能转化为热量。
5.实验操作：通过实验活动，让学生亲自操作实验，观察能量的转化和转移过程，体验热力学第一定律。
6.课堂讨论：组织学生进行小组讨论，分享对热力学第一定律的理解和应用，以及在日常生活中找到的能量转化和转移的例子。
7.总结与回顾：回顾热力学第一定律的定义和内涵，总结能量守恒定律的重要性，强调在日常生活和工业生产中保持能量平衡的重要性。
8.作业布置：布置相关练习题，让学生巩固热力学第一定律的内容，并能够灵活运用该定律解释和计算能量的转化和转移问题。
四、教学评价通过提问、小组讨论和作业检查等方式，评价学生对热力学第一定律的理解和应用情况。
同时，鼓励学生通过自主学习和实验操作进一步加深对热力学第一定律的理解。
高一物理教案二：热力学基本概念与热力学第一定律的讲解热力学基本概念与热力学第一定律的讲解热力学是研究热现象与能量转化的一门学科，它的应用范围涉及到能源开发、自然界中的能量转化、工业生产、医疗保健等方面。
在本次课程中，我们将探讨热力学基本概念和热力学第一定律的内容。
一、热力学基本概念1.热量热量是指物体在热传递过程中所吸收或者放出的能量，它是一种能量形式。
在没有物质的传递的情况下，热量的传递只有一个方向，从高温区向低温区传递。
2.热力学系统热力学系统指的是研究对象，可以是一个物体、多个物体、一个过程或者多个过程。
热力学系统可以分为开放系统、封闭系统和孤立系统三种，其中开放系统可以交换物质和能量，封闭系统则只能在物体之间交换能量，而孤立系统则不与外界交换任何物质或能量。
3.热力学状态量热力学状态量是指一个物体所具有的基本的性质或状态，如温度、压力、体积、物质的物态等。
热力学状态量的改变需要在条件允许的情况下加入或者去除一定的能量或物质。
4.热力学过程热力学过程是指物体从一个状态发生改变到另一个状态的过程，包括等温过程、等压过程、等体过程、绝热过程等。
5.热力平衡热力平衡是指系统中各个部分之间温度的相等和压力的均衡状态，即相同温度下不会发生热量的传递和物质的扩散。
二、热力学第一定律热力学第一定律，又称为能量守恒定律，它说明了能量在系统或者物体中的转化过程。
它的数学表述是：ΔU = Q - W其中，ΔU指的是系统内能的变化量，Q指的是系统所吸收或者放出的热量，W指的是系统所做的功。
热力学第一定律说明了能量的守恒，但是不能说明能量的转化过程。
在热力学第一定律中，内能的变化量ΔU可以用下面的公式计算：ΔU = CΔT其中，C指的是物理量热容，它是指单位质量的物质在吸收或者放出热量时，温度变化的幅度。
ΔT指的是温度变化的大小。
在计算热力学系统中的功W时，我们需要分为压力做功和体积做功两种情况。
其中，压力做功的公式为W = -PΔV，而体积做功的公式为W = -FΔh，这里F指的是物体移动的力量，h指的是物体移动的距离。
《热力学第一定律》讲义一、热力学第一定律的引入在探索自然界能量转化和守恒的奥秘中，热力学第一定律应运而生。
它就像是一把万能钥匙，为我们打开了理解热现象和能量转换的大门。
想象一下，我们的日常生活中充满了各种能量的转换。
比如，汽车燃烧汽油产生动力，电灯将电能转化为光能，甚至我们的身体通过消化食物将化学能转化为活动所需的能量。
在这些看似纷繁复杂的能量变化背后，是否存在着某种统一的规律呢？这就是热力学第一定律要回答的问题。
二、热力学第一定律的表述热力学第一定律可以简洁地表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
这看似简单的一句话，却蕴含着深刻的物理意义。
让我们来仔细拆解一下。
首先，“能量既不会凭空产生”意味着不存在无中生有的能量。
比如，你不能期望在一个封闭的系统中，突然就多出了一股能量来推动某个物体运动。
其次，“也不会凭空消失”表示能量不会莫名其妙地消失无踪。
如果一个物体的能量减少了，那么必然是转化成了其他形式的能量或者转移到了其他物体上。
“从一种形式转化为另一种形式”则涵盖了众多常见的能量转换过程。
比如，摩擦生热是机械能转化为内能；发电是机械能或热能转化为电能。
而“从一个物体转移到另一个物体”常见的例子有热传递，高温物体的热量会传递给低温物体。
三、热力学第一定律的数学表达式为了更精确地描述热力学第一定律，我们引入了数学表达式：ΔU＝ Q ＋ W其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，W 表示系统对外界做功或外界对系统做功。
当 Q 为正，表示系统吸收热量；Q 为负，表示系统放出热量。
当 W 为正，表示系统对外做功；W 为负，表示外界对系统做功。
例如，一个气体在绝热膨胀过程中，由于没有热量交换（Q ＝0），气体对外做功（W ＜ 0），根据热力学第一定律，气体的内能会减少（ΔU ＜ 0）。
《热力学第一定律》知识清单一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中的一个基本定律。
它指出，在一个封闭系统中，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而总能量保持不变。
这个定律可以用一个简单的式子来表示：ΔU ＝ Q W，其中ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统对外界所做的功。
为了更好地理解这个定律，我们首先需要明确一些基本概念。
内能（U）是系统内部所有微观粒子的动能、势能等能量的总和。
它是一个状态函数，只取决于系统的状态，而与系统经历的过程无关。
热量（Q）是由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。
当系统从外界吸收热量时，Q 为正值；当系统向外界放出热量时，Q 为负值。
功（W）是系统与外界之间通过宏观的机械作用而传递的能量。
当系统对外界做功时，W 为负值；当外界对系统做功时，W 为正值。
二、热力学第一定律的数学表达式如前所述，热力学第一定律的数学表达式为ΔU ＝ Q W。
这个式子反映了内能、热量和功之间的定量关系。
当系统吸收热量 Q，同时对外做功 W 时，系统内能的变化ΔU 就等于吸收的热量减去对外做的功。
如果ΔU 为正值，说明系统内能增加；如果ΔU 为负值，说明系统内能减少。
例如，一个热机从高温热源吸收了一定的热量 Q₁，同时向低温热源放出了热量 Q₂，并对外做了功 W。
根据热力学第一定律，我们可以得到：ΔU ＝ Q₁ Q₂ W。
需要注意的是，这里的功和热量都有正负之分，其正负取决于能量的传递方向。
三、热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多领域都有广泛的应用。
在热机中，例如蒸汽机、内燃机等，燃料燃烧产生的热量一部分转化为机械能对外做功，另一部分则以废热的形式散失到环境中。
通过热力学第一定律，我们可以分析热机的效率，即有用功与吸收热量的比值。
在制冷和热泵系统中，热力学第一定律同样适用。
热力学第一定律知识点热力学第一定律是热力学的基础定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将介绍热力学第一定律的基本概念、应用以及相关的几个重要知识点。
一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律是指，在一个封闭系统中，能量的变化等于系统对外做功加热量的和。
这个定律可以用以下的数学公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用非常广泛，以下是其中的几个主要方面。
1. 热力学循环热力学循环是指系统在经历一系列过程后，回到初始状态的过程。
这些过程中，系统吸收或释放热量，还可能对外做功。
根据热力学第一定律，热力学循环的总吸热量等于总放热量，总做功等于总吸热量减去总放热量。
2. 热力学过程中的能量转化热力学过程中，能量可以以不同的形式进行转化，包括内能的变化、吸收或释放的热量以及对外做的功。
热力学第一定律描述了能量在不同形式之间的转化以及转化前后的守恒关系。
3. 热力学第一定律的实验验证热力学第一定律是通过实验进行验证的。
实验中可以测量系统的内能变化、吸热量以及对外所做的功，以验证热力学第一定律的成立。
三、热力学第一定律的注意事项1. 引入准则热力学第一定律是基于能量守恒原理的，需要引入准则才能确保能量守恒成立。
例如，在计算吸热量时，需要考虑到化学反应的发生，以充分考虑系统的能量转化。
2. 内能的定义热力学第一定律中的内能指的是系统的总能量，包括系统的热能、机械能以及其他形式的能量。
在实际应用中，需要注意内能的定义和计算方法。
3. 对外所做的功热力学第一定律中的对外所做的功指的是系统对外界做的机械功。
需要注意区分系统对外界做功和外界对系统做功的情况，并进行正确的计算。
结语：热力学第一定律是热力学研究的基础，它描述了能量在系统中的转化和守恒关系。
通过理解和应用热力学第一定律，我们可以更好地理解和解释各种热力学现象，推动科学研究的发展。
《热力学第一定律》知识清单一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。
它表明，在一个封闭系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而总的能量保持不变。
这个定律可以用一个简单的数学表达式来表示：ΔU ＝ Q W 。
其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统对外界所做的功。
内能是系统内部所具有的能量，包括分子的动能、分子间的势能以及分子内部的能量等。
热量是由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。
功则是系统与外界之间通过力的作用而传递的能量。
二、热力学第一定律的历史发展热力学第一定律的发展有着漫长的历史。
在 19 世纪早期，许多科学家的工作为这一定律的形成奠定了基础。
焦耳通过一系列精心设计的实验，研究了各种形式的能量转换，如摩擦生热、电流的热效应等，为能量守恒的概念提供了坚实的实验依据。
迈尔则从哲学的角度思考了能量的本质，并提出了能量守恒的思想。
经过众多科学家的努力，热力学第一定律逐渐被确立，并成为了现代物理学的重要基石之一。
三、热力学第一定律的应用1、热机热机是将热能转化为机械能的装置，例如蒸汽机、内燃机等。
热力学第一定律在热机的研究中起着关键作用。
通过分析热机在工作过程中的能量转化和传递，可以评估热机的效率。
热机的效率定义为热机对外做的功与从高温热源吸收的热量之比。
由于在实际的热机中，总会有一部分能量以废热的形式散失到低温环境中，所以热机的效率永远小于 100%。
2、制冷机制冷机与热机相反，它是通过消耗外界的功，将热量从低温物体传递到高温物体。
在制冷机的工作过程中，同样遵循热力学第一定律。
3、化学反应在化学反应中，也涉及到能量的变化。
通过热力学第一定律，可以计算出反应过程中的能量吸收或释放。
例如，燃烧反应会释放出大量的热能，而某些吸热反应则需要从外界吸收能量才能进行。
本章内容：介绍有关热力学第一定律的一些基本概念，热、功、状态函数，热力学第一定律、热力学能和焓，明确准静态过程与可逆过程的意义，进一步介绍热化学。
第一节热力学概论⏹热力学研究的目的、内容⏹热力学的方法及局限性⏹热力学基本概念一．热力学研究的目的和内容目的：热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。
内容：热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。
其中第一、第二定律是热力学的主要基础。
把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象，称为化学热力学。
化学热力学的主要内容是：1.利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题；2.利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，建立相平衡、化学平衡理论；3.利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题二、热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，演绎出有特定用途的状态函数，通过计算某变化过程的有关状态函数改变值，来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。
而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质，并不涉及物质结构和变化的细节。
优点：⏹研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。
⏹只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理，简化了处理方法。
局限性：1.只考虑变化前后的净结果，只能对现象之间的联系作宏观的了解，而不能作微观的说明或给出宏观性质的数据。
例如：热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系，但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。
2.只讲可能性，不讲现实性，不知道反应的机理、速率。
三、热力学中的一些基本概念1.系统与环境系统：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
环境：系统以外与系统密切相关的其它部分称环境(surrounding注意：1.体系内可有一种或多种物质，可为单相或多相，其空间范围可以是固定或随过程而变。
2.体系和环境之间有分界，这个分界可以是真实的，也可以是虚构的，既可以是静止的也可以是运动的。
根据体系与环境的关系将体系区分为三种：①孤立体系(隔离体系)(isolated system)：体系与环境之间既无能量交换，又无物质交换的体系。
体系完全不受环境的影响，其中能量包括：热、功；②封闭体系(closed system )：与环境之间只有能量交换，没有物质交换；③敞开体系(open system)：与环境之间既有能量交换，又有物质交换。
2.体系的性质通常用体系的宏观可测性质来描述体系的热力学状态。
这些性质称热力学变量。
如：体积、压力、温度、粘度、密度等。
体系的性质分两类：广度性质和强度性质。
①广度性质(容量、广延)：其数值的大小与体系中所含物质的数量成正比，具有加和性。
广度性质在数学上是一次奇函数。
如：质量、体积、热力学能。
②强度性质：其数值的大小与体系中所含物质的量无关，而取决于体系自身的特性，不具有加和性。
强度性质在数学上是零次奇函数。
如：温度、压力、密度、粘度等。
二者之间的联系：某种广度性质除以质量或物质的量就成为强度性质或两个容量性质相除得强度性质。
如：体积是广度性质，它除以物质的量得到摩尔体积Vm = V / n，V m是强度性质，它不随体系中所含物质的量而变。
ρ=m / v, ρ是强度性质，它不随体系中所含物质的量而变。
3.热力学平衡态体系的诸性质不随时间而改变则系统就处于热力学平衡态。
注意：经典热力学中所指的状态均指热力学平衡态。
因为只有在热力学平衡态下，体系的宏观性质才具有真正的确定值，体系状态才确定。
热力学平衡态包括以下四个方面：①热平衡(thermal equilibrium)：体系的各个部分温度相等；②力学平衡(机械平衡，mechanical equilibrium)：体系各部分之间及体系与环境之间没有不平衡的力存在。
③相平衡(phase equilibrium)：当体系不止一相时，各相组成不随时间而变化。
相平衡是物质在各相之间分布的平衡。
④化学平衡(chemical equilibrium)：当各物质之间有化学反应时，达到平衡后，体系的组成不随时间而变。
4.状态及状态函数状态：体系一切性质的总和，或者体系一切性质的综合体现。
状态函数：用于描述和规定体系状态的宏观性质，称状态函数或状态性质，也称热力学函数，热力学性质。
状态函数有如下特征：①是体系平衡状态的单值函数，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；②其变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。
具有这种特性的物理量称为状态函数（state function ）。
用数学方法来表示这两个特征，则可以说，状态函数具有全微分性质，即其微小改变量是全微分。
① 全微分的环积分为零② 全微分的线积分与路径无关③④状态方程：体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（state equation ）对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V 之间有一定量的联系。
经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=f （p,V ） p=f （T,V ） V=f （p,T ）例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT 5. 过程与途径过程： 体系状态发生的任何变化。
例如： 气体的膨胀；水的升温；冰的融化；化学反应等。
途径： 实现某一过程经历的具体步骤。
例如：1molH2 (理想气体)在298K 时的膨胀过程 状态1 状态2 H2 (2P 、V) H2 (P 、2V) ① 向真空膨胀② 等温恒外压为P 膨胀到2V③ 先恒定2P 加热到体积为2V 再保持体积及不变放入298K 的大恒温槽中 在热力学研究中一般涉及到以下几个过程：⏹ 等温过程： 体系温度恒定不变的过程，在此过程中， T1 （始态）＝ T2 (终态)＝ T 环⏹ 等容过程： 体系体积恒定不变的过程； dV =0 ⏹ 等压过程： 体系压力恒定不变的过程，在此过程中，P1 （始态）＝ P2 (终态) ＝ P环⏹ 绝热过程： 体系与环境之间的能量传递只有功传递的过程。
Q=0dX=()dx+()d X Xyy x x y ∂∂∂∂• 若 X=f(x,y)X=f(y,z)若dX =()dy+()dzX Xz yy z ∂∂∂∂[()][()]X Xz y y zz y y z ∂∂∂∂=∂∂∂∂• 全微分的二阶导数与求导次序无关例如：系统被一绝热壁所包围或体系内发生一极快的过程(爆炸、压缩机内空气被压缩等)；⏹可逆过程：将在后面讨论；⏹循环过程：体系由始态出发经历一系列变化过程又回到始态的过程。
很明显经历一循环过程后，体系的所有状态函数的增量均为零。
∮U=0⏹恒外压过程：P外=常数⏹自由膨胀过程：P外=06.热和功热(heat)：由于温度不同，而在体系与环境之间产生的能量传递。
以Q表示。
如：相变热、溶解热、化学反应热等。
特点：热是一过程量，传递中的能量，而不是体系的性质，即不是体系的状态函数。
热产生的微观原因：热运动是一种无序运动，所以热量是体系和环境的内部质点因无序运动的平均强度不同而交换的能量，而不是指物体冷热的“热”。
取号规则：由于能量传递具有方向性，所以用Q值的正负表示方向，规定体系吸热Q为正，Q > 0, 反之Q为负，Q < 0。
单位：能量单位为焦耳Joule，简写J。
功（work）：除热以外，其它各种被传递的能量称为功，以符号W表示。
如：体积功（We）、电功、表面功（Wf）等。
特点：功也是一过程量，不是体系的性质，它不是体系的状态函数功产生的微观原因：功是大量质点以有序运动而传递的能量。
取号规则：系统对环境作功，W<0；环境对系统作功，W>0单位：能量单位为焦耳，简写J。
相同点：①体系状态发生变化时与环境交换的能量，量纲均为J，KJ；②两者均不是状态函数，其数值与过程有关。
其微分不是全微分，以δQ和δW表示；③两者均有大小，也有方向。
热力学规定：体系吸热为正，放热为负；体系对外环境功为负，环境对体系做功为正。
不同点：①热是由温差引起的体系与环境之间的能量交换，而功则是除热以外体系与环境之间的能量交换形式；②微观上，热是对大量分子无序热运动强度的度量，而功则是大量分子有序运动强度的度量。
体积功的计算：如右图所示：气体体积变化为：dV＝A·dl活塞移动时抵抗外力为：F外＝P外A在此过程中体系克服外力所做的功为：δWe ＝-F外×dl＝-P外Adl＝-P外dV一定量的功为：We =-∫P外dV当P外恒定时We = -P外⊿V＝-P外(V2－V1 )注意：① 体积功都用-P 外dV 表示，而不用-PdV 表示。
P —内部压力， P 外—指外压（Pe ） 。
② 从公式δWe ＝-P 外dV 看，功的大小决定于P 外及dV 的大小，其中任一项为零，则功为零第二节 热力学第一定律⏹ 热力学第一定律与热力学能 ⏹ 热力学第一定律的数学表达式 一、热力学第一定律与热力学能Joule （焦耳）和 Mayer （迈耶尔)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。
现在，国际单位制中已不用cal ，热功当量这个词将逐渐被废除 1. 热力学第一定律 能量守恒定律：到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。
能量守恒与转化定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式。
热力学第一定律的另外一种表达形式：第一类永动机是不能实现的。
所谓第一类永动机是一种循环作功的机器，它不消耗任何能量或燃料而能不断对外作功。
2. 热力学能系统总能量通常有三部分组成：（1）系统整体运动（机械运动）的动能（2）系统在外力场中的位能(电磁场、重力场等) （3）热力学能，也称为内能热力学能 U 是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
热源移动一带有理想活塞(无质量、 无摩擦)的气缸热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能。
