§ 7-1 热力学第一定律
1,热力学过程
热力学系统,在热力学中，一般把所研究的
物体或物体组称为热力学系统，简称系统。
热力学过程,热力学系统（大量微观粒子组
成的气体、固体、液体）状态随时间变化的过程。
如容器中的气体分子集合或溶液中液体分子
的集合或固体中的分子集合。
非静态过程
系统从平衡态 1到平衡态 2，经过一个过程,平
衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平
衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。
当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一
状态都是非平衡态。
准静态过程
当系统弛豫比宏观变化快得多时，这个过程中
每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是
准静态过程。
在过程中每一时刻，系统都处于平衡态，这是
一种理想过程。
热力学过程
例 1：外界对系统做功
u
过程无限缓慢，无摩擦。
非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，
约 10 -3 秒,如果实际压缩一次所用时间为 1 秒，
就可以说是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量 △ P，就可以
缓慢压缩。
热力学过程
例 2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
从 T1 到 T2 是准静态过程
因为状态图中任何一点都代表系统的一个
平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，
如 P-V图（或 P-T图,V-T图）中一条曲线表示,
反之亦如此。
系统 T1
T1+△ T T1+2△ T T1+3△ T T2
为小量T?
热力学过程
准静态过程（状态 1到状态 2）气
体对外界做功：
VplpSlFdA ddd ???
（ 1）流体体积变化所做的功
? ??? 21 dd VV VPAA
u
F
ld
气体对外界作元功为：
?? 21 dVV VpA
P
V
1
2
2V
O
准静态过程（状态 1到状态 2）
气体对外界做功与过程有关。
2,功 热量 内能
以气体膨胀过程为例：
（ 2）表面张力的功
在长方形铁丝框架上张有液体薄膜，表面上
单位长度直线两侧液面的相互拉力叫表面张力系
数，用 ? 表示。
液体薄膜有两个表面，
ab 受到的张力为
lF ?2?
液体薄膜从 a′b′ 收
缩到 ab 时，表面张力做功
为
F?l
a
b
a?
b?
xd
xFA ?? dd ?? xld?2? Sd??
功、热量、内能
（ 3）电流的功
由欧姆定律知
一段电阻为 R的导线 AB，两端电势差为 V1?V2,
电流为 I,则 t 时间内，流过任意截面的电荷量为
电场力的功为
Itq ?
)()( 2121 VVItVVqA ????
RtItR VVtVVIA 2
2
21
21
)()( ?????
宏观功,通过宏观的有规则运动（如机械运
动、电流运动）来完成的能量交换
统称宏观功。
功、热量、内能
（ 4）热量
系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交
换，热量传递可以改变系统的状态。
做功、传热都是过程量。
微观功,通过分子的无规则运动来完成的能
量交换称为微观功。
功、热量、内能
（ 5）内能
热力学系统在一定的状态下，具有一定的能
量，称为热力学系统的 内能 。
内能的变化只决定于出末两个状态，与所经
历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数。
若不考虑分子内部结构，系统的内能就是系
统中所有分子的热运动能量和分子间相互作用的
势能的总和。
功、热量、内能
3,热力学第一定律
AEAEEQ ?????? )( 12
0?Q 系统从外界吸热；
0?Q 系统向外界放热；
0?A 系统对外界做功；
0?A 外界对系统做功；
0??E 系统内能增加；
0??E 系统内能减少。
上式就是热力学第一定律，是包含热量在内的能
量守恒定律。
AEQ ddd ??
对微小的状态变化过程
热力学第一定律适用于任何热力学系统
所进行的任意过程。
热力学第一定律
热力学第一定律
AEQ ddd ??
对微小的状态变化过程
热力学第一定律适用于任何热力学系统
所进行的任意过程。
1,热力学过程
热力学系统,在热力学中，一般把所研究的
物体或物体组称为热力学系统，简称系统。
热力学过程,热力学系统（大量微观粒子组
成的气体、固体、液体）状态随时间变化的过程。
如容器中的气体分子集合或溶液中液体分子
的集合或固体中的分子集合。
非静态过程
系统从平衡态 1到平衡态 2，经过一个过程,平
衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平
衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。
当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一
状态都是非平衡态。
准静态过程
当系统弛豫比宏观变化快得多时，这个过程中
每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是
准静态过程。
在过程中每一时刻，系统都处于平衡态，这是
一种理想过程。
热力学过程
例 1：外界对系统做功
u
过程无限缓慢，无摩擦。
非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，
约 10 -3 秒,如果实际压缩一次所用时间为 1 秒，
就可以说是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量 △ P，就可以
缓慢压缩。
热力学过程
例 2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
从 T1 到 T2 是准静态过程
因为状态图中任何一点都代表系统的一个
平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，
如 P-V图（或 P-T图,V-T图）中一条曲线表示,
反之亦如此。
系统 T1
T1+△ T T1+2△ T T1+3△ T T2
为小量T?
热力学过程
准静态过程（状态 1到状态 2）气
体对外界做功：
VplpSlFdA ddd ???
（ 1）流体体积变化所做的功
? ??? 21 dd VV VPAA
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气体对外界作元功为：
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V
1
2
2V
O
准静态过程（状态 1到状态 2）
气体对外界做功与过程有关。
2,功 热量 内能
以气体膨胀过程为例：
（ 2）表面张力的功
在长方形铁丝框架上张有液体薄膜，表面上
单位长度直线两侧液面的相互拉力叫表面张力系
数，用 ? 表示。
液体薄膜有两个表面，
ab 受到的张力为
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液体薄膜从 a′b′ 收
缩到 ab 时，表面张力做功
为
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功、热量、内能
（ 3）电流的功
由欧姆定律知
一段电阻为 R的导线 AB，两端电势差为 V1?V2,
电流为 I,则 t 时间内，流过任意截面的电荷量为
电场力的功为
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宏观功,通过宏观的有规则运动（如机械运
动、电流运动）来完成的能量交换
统称宏观功。
功、热量、内能
（ 4）热量
系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交
换，热量传递可以改变系统的状态。
做功、传热都是过程量。
微观功,通过分子的无规则运动来完成的能
量交换称为微观功。
功、热量、内能
（ 5）内能
热力学系统在一定的状态下，具有一定的能
量，称为热力学系统的 内能 。
内能的变化只决定于出末两个状态，与所经
历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数。
若不考虑分子内部结构，系统的内能就是系
统中所有分子的热运动能量和分子间相互作用的
势能的总和。
功、热量、内能
3,热力学第一定律
AEAEEQ ?????? )( 12
0?Q 系统从外界吸热；
0?Q 系统向外界放热；
0?A 系统对外界做功；
0?A 外界对系统做功；
0??E 系统内能增加；
0??E 系统内能减少。
上式就是热力学第一定律，是包含热量在内的能
量守恒定律。
AEQ ddd ??
对微小的状态变化过程
热力学第一定律适用于任何热力学系统
所进行的任意过程。
热力学第一定律
热力学第一定律
AEQ ddd ??
对微小的状态变化过程
热力学第一定律适用于任何热力学系统
所进行的任意过程。
