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材料热力学第一定律第1页，共17页，星期日，2025年，2月5日授课内容第一章热力学第一定律第2页，共17页，星期日，2025年，2月5日 热力学是研究热、和其它形式能量之间的转换关系它包含当体系变化时所引起的物理量的变化。按照福勒(R.H.Fowler)在l93l年提出的建议，上述公理称之为热力学第零定律。热力学第零定律是引出温度概念建立温标的基础。若两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则他们彼此之间处于热平衡。第3页，共17页，星期日，2025年，2月5日无数事实证明：冷热不同的两个物体相接触，它们的温度逐渐接近，最后达到相同。这时，我们说两个物体达到了热平衡。热力学第零定律也可以表示为：一切互为热平衡的物体，具有相同的温度。第4页，共17页，星期日，2025年，2月5日第一章热力学第一定律§1-1热功当量·····(为第一定律的建立奠定了实验基础) 1842年迈耶(Mayer)发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。 1843年焦耳在英国科学协会会议上宣读了《论磁电的热效应及热的机械值》论文，强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的。焦耳先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。第5页，共17页，星期日，2025年，2月5日§1-1热功当量·····(为第一定律的建立奠定了实验基础)第一章热力学第一定律 焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，通过各种实验求证热和功的转换关系，得到一致的结果，提出了“热功当量”的概念”确立了热功当量关系：1Joule=0.241cal后来更精确地测定为:1Joule=0.2389cal1847年，亥姆霍兹发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程。它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。第6页，共17页，星期日，2025年，2月5日§1-2热力学第一定律第一章热力学第一定律能量守恒与转化定律：自然界的一切物质具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能的形式可以转化，但能量的总值不变。将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律。第7页，共17页，星期日，2025年，2月5日热力学第一定律反映了系统对外作功必须从外界吸收热量或者减少系统内能，即第一类永动机不可能实现。约280年前，有位德国博士奥尔菲留斯发明了一个“永动机”—自动轮。最后骗局被博士先生的女仆揭穿了。原来这间安放自动轮的房子里修了一个夹壁墙，只要有人在夹壁墙内牵动绳子，轮子就会转。轮子不是“永动”的，而是“人动”的。第一章热力学第一定律第8页，共17页，星期日，2025年，2月5日第一章热力学第一定律德国科学家R.Clausius是第一位把热力学第一定律用数学形式表达出来的人。1850年，Clausius所发表论文中，以水蒸发为例，认为物体热量的增加量dQ等于物体中热量的变化dH、内功的变化dJ和外功变化dW的和，即：Clausius没有对U命名，次年LordKelvin称U为内能（internalenergy）。§1-2热力学第一定律第9页，共17页，星期日，2025年，2月5日第一章热力学第一定律§1-2热力学第一定律热力学第一定律的数学表达形式：ΔU=Q+W(1-1)若体系发生微小的变化，内能的变化 dU=δQ+δW······(1-2)物理意义：体系内能的增量等于体系吸收的热量减去体系对环境作的功。包括体系和环境在内的能量守恒。第10页，共17页，星期日，2025年，2月5日§1-4焓和比热容第一章热力学第一定律设体系在变化过程中只作体积功，不作其它功 对于准静态δQ=dU-δW=dU+pdV（1-3）令H≡U+pV,H称为焓或热焓ΔH=ΔU+Δ(PV)dH=dU+d(PV)对于恒压过程,dp=0δQ=dHΔH=Qp(1-4) δQ=dHΔH=Qp(1-4) 对于恒容过程,dV=0δQV=dUΔU=QV(1-4) 第11页，共17页，星期日，2025年，2月5日第一章热力学第一定律