热力学第一定律及其思考

热力学第一定律及其思考摘要：简要介绍热力学第一定律并从微观的角度来阐述热力学第一定律的意义。关键词： 热力学第一定律、内能、热量、功正文：热力学第一定律：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。热力学第一

热力学第一定律及其思考 摘要：简要介绍热力学第一定律并从微观的角度来阐述热力学第一定律的意义。关键词：热力 学第一定律、内能、热量、功正文： 热力学第一定律：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。 热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相 互转换，在传逆和转换过程中，能量的总值不变。 表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能景，使内能有所变化。根 III 据普遍的能量守恒定律，系统由初态经过任意过程到达终态后，内能的增量应等于在此过 Q WEli—EI=E=Q—WQ 程中外界对系统传递的热量和系统对外界作功之差，即或 △ =AE+W 这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系 Z,U=Q—A+ZAUAQZ 统而带入的能量则应为。当然，上述、、、均可正可负。对于无限 △ dQ=dE+dW°EdEQW 小过程，热力学第一定律的微分表达式为因是态函数，是全微分；、 dQdWddE 是过程量，和只表示微小量并非全微分，用符号以示区别。又因或只涉及初、 终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。热力学第一定律的另一种 表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料 和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守 恒定律。 从宏观上看，功和热量都是过程量，且都是内能改变的量度，它们之间的关系是能量守恒在热 力学过程中的体现，我们学生比较容易接受.但一般的教材却很少从微观的角度来讨论其意义， 所以本文试图从微观的角度来阐述热力学第一定律的意义。 将热力学系统看成一理想化的质点组，所谓理想化的质点组就是将分子当作一•简单的质点组， 于是分了的能量仅有其平动动能。在假定系统不受外力场作用的前提下，系统与外界的相互作 用只通过边界上分子间作用来进行。 mividiriiff 设为分子的质量，表示第个分子相对某惯性系的速度，表示其位移，内外、分别 表示该分子受系统和系统内其它分子的作用力。于是由质点组动能定理得: d( n il 2 mv2 l)=i n iirdf 1 外+ n iindfl 根据柯死希定理，上式左端可写成： d(