熱力學(xué)第一定律能量解析式有哪兩種形式

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　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(lèi)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的一條普遍規(guī)律,適用于一切熱力學(xué)過(guò)程.熱力學(xué)第一定律表明,一切熱力學(xué)過(guò)程都必須服從能量守恒定律,因此熱力學(xué)第一定律實(shí)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(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變.

　　1)自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)：物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷的運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)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(guò)克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;電流通過(guò)電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”.這些實(shí)例說(shuō)明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,且是通過(guò)做功來(lái)完成的這一轉(zhuǎn)化過(guò)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(gè)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(jī)械能(動(dòng)能和位能),能量守恒具體表達(dá)為機(jī)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(duì)論性力學(xué)：在相對(duì)論里,質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變.計(jì)及質(zhì)量改變帶來(lái)能量變化,能量守恒定律依然成立.歷史上也稱(chēng)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(lèi)對(duì)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(guò)能量轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的.能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)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(shí),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(guò)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(guò)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(guò)任意過(guò)程到達(dá)終態(tài)Ⅱ后,內(nèi)能的增量ΔU應(yīng)等于在此過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量Q
和系統(tǒng)對(duì)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(duì)于無(wú)限小過(guò)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(guò)程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符號(hào)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(wú)關(guān).

　　熱力學(xué)第一定律的另一種表述是：第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)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(wú)需任何燃料和動(dòng)力的機(jī)器,是能夠無(wú)中生有、源源不斷提供能量的機(jī)器.顯然,第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律.