二、热力学第一定律

         综上所述,如果外界对系统作功A,同时系统从外界吸取热量Q,那么系统的状态将发生变化,即从一个平衡态变化到另一个平衡态,由作功和传热对系统提供的能量使系统的内能增大了DU, 则根据能量守恒定律,下面的关系必定成立

                          DU = Q + A ,                   (18-3)

这个关系称为热力学第一定律。QA虽然都不是态函数,但由式(18-3)可见,量Q + A ( = DU )却只决定于初、末状态,而与过程无关。

         应该指出,在式(18-3)中,QDUA都可以为正值,也可以为负值。大家约定:系统从外界获得热量,Q为正值,向外界释放热量,Q为负值;系统内能增大,DU为正值,内能减小,DU为负值;外界对系统作功,A为正值,系统对外界作功,A为负值。

         若系统状态发生微小变化,系统内能改变量为dU,在此过程中,系统从外界吸取微量热量dQ,并且外界对系统作元功dA,这时热力学第一定律可用下面的形式表示

                        dU = dQ + dA .                    (18-4)

如果系统状态的这一微小变化是准静态过程,外界所作元功可表示为

                            dA = -pdV ,                     (18-5)

这时热力学第一定律可写为

                        dU = dQ - pdV .                   (18-6)

应该指出的是,由于QA都不是态函数,都与过程有关,所以用dQdA表示无限小过程的无限小量,而不同于态函数的全微分dUdV等的表示。

         热力学第一定律是能量守恒定律在涉及热现象的宏观过程的表现形式。它是在长期生产实践和大量科学实验的基础上总结出来的。它适用于自然界中在平衡态之间进行的一切过程。历史上曾有不少人幻想制造一种机械,它不需要消耗任何形式的能量而能够持续对外界作功。在热力学中这种机械称为第一类永动机。显然,第一类永动机是违背热力学第一定律的,是不可能实现的。热力学第一定律也可以表述为,第一类永动机不可能实现。

       
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