熱力學(xué)第一定律能量解析式有哪兩種形式

【專家解說】：　　熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，這倆種形式。
熱力學(xué)第一定律是人類在長期的生產(chǎn)和科學(xué)實驗中總結(jié)出來的一條普遍規(guī)律,適用于一切熱力學(xué)過程.熱力學(xué)第一定律表明,一切熱力學(xué)過程都必須服從能量守恒定律,因此熱力學(xué)第一定律實際上是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化與守恒定律.
　　能量守恒定律

　　定律內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變.

　　1)自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應(yīng)：物體運動具有機械能、分子運動具有內(nèi)能、電荷的運動具有電能、原子核內(nèi)部的運動具有原子能等等.

　　(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能;電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”.這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,且是通過做功來完成的這一轉(zhuǎn)化過程.

　　(3)某種形式的能減少,一定有其他形式的能增加,且減少量和增加量一定相等.某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等.

　　能量守恒的具體表達(dá)形式

　　保守力學(xué)系統(tǒng)：在只有保守力做功的情況下,系統(tǒng)能量表現(xiàn)為機械能(動能和位能),能量守恒具體表達(dá)為機械能守恒定律.

　　熱力學(xué)系統(tǒng)：能量表達(dá)為內(nèi)能,熱量和功,能量守恒的表達(dá)形式是熱力學(xué)第一定律.

　　相對論性力學(xué)：在相對論里,質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變.計及質(zhì)量改變帶來能量變化,能量守恒定律依然成立.歷史上也稱這種情況下的能量守恒定律為質(zhì)能守恒定律.

　　能量守恒定律的重要意義

　　能量守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一.從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物,大到宇宙天體.小到原子核內(nèi)部,只要有能量轉(zhuǎn)化,就一定服從能量守恒的規(guī)律.從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù),這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用.人類對各種能量,如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用,都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的.能量守恒定律是人們認(rèn)識自然和利用自然的有力武器.

　　基本內(nèi)容：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊?消耗一定的功必產(chǎn)生一定的熱,一定的熱消失時,也必產(chǎn)生一定的功.

　　普遍的能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程中的具體表現(xiàn).熱力學(xué)的基本定律之一.

　　表征熱力學(xué)系統(tǒng)能量的是內(nèi)能.通過作功和傳熱,系統(tǒng)與外界交換能量,使內(nèi)能有所變化.根據(jù)普遍的能量守恒定律,系統(tǒng)由初態(tài)Ⅰ經(jīng)過任意過程到達(dá)終態(tài)Ⅱ后,內(nèi)能的增量ΔU應(yīng)等于在此過程中外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q
和系統(tǒng)對外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A這就是熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式.如果除作功、傳熱外,還有因物質(zhì)從外界進(jìn)入系統(tǒng)而帶入的能量Z,則應(yīng)為ΔU=Q-A+Z.當(dāng)然,上述ΔU、A、Q、Z均可正可負(fù).對于無限小過程,熱力學(xué)第一定律的微分表達(dá)式為

　　dQ=dU+dA因U是態(tài)函數(shù),dU是全微分;Q、A是過程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符號d以示區(qū)別.又因ΔU或dU只涉及初、終態(tài),只要求系統(tǒng)初、終態(tài)是平衡態(tài),與中間狀態(tài)是否平衡態(tài)無關(guān).

　　熱力學(xué)第一定律的另一種表述是：第一類永動機是不可能造成的.這是許多人幻想制造的能不斷地作功而無需任何燃料和動力的機器,是能夠無中生有、源源不斷提供能量的機器.顯然,第一類永動機違背能量守恒定律.