热力学第一定律 基础概念 热力学第一定律本质是能量守恒定律在热现象中的表述。其核心定义为： 孤立系统的总能量恒定 。具体而言，系统内能的变化（ΔU）仅通过两种形式实现： 热量（Q） ：因温度差而传递的能量（规定系统吸热为正）； 功（W） ：除热量外其他形式传递的能量（规定系统对外做功为正）。 数学表达式为： \[ \Delta U = Q - W \] 注意：此处的功通常指体积功（\(W = P \Delta V\)），但广义包含电功、表面功等。 内能的微观解释 内能是系统内所有粒子微观能量的总和，包括： 分子动能 （平动、转动、振动）； 分子势能 （分子间相互作用）； 化学键能 、核能等。 对于理想气体，内能仅取决于温度（分子动能）；实际系统还需考虑分子势能（与体积相关）。 过程分类与定律应用 等容过程 （ΔV=0）：系统不做体积功，\(W=0\)，故 \(\Delta U = Q_ V\)（热量全部转化为内能）； 等压过程 （ΔP=0）：体积功 \(W = P \Delta V\)，代入得 \(Q_ P = \Delta U + P \Delta V = \Delta H\)，引入 焓（H） 简化计算； 绝热过程 （Q=0）：\(\Delta U = -W\)，内能变化完全由做功引起； 循环过程 （ΔU=0）：系统回到初始状态，\(Q = W\)，净热量等于净功。 第一定律的实践意义 永动机不可能 ：第一类永动机（无需输入能量持续做功）违反能量守恒； 能量核算基础 ：用于计算反应热、相变热、工程系统能量平衡（如热机效率分析）； 与第二定律关联 ：第一定律限定“能量数量”，第二定律限定“能量品质”。 实例分析 气缸中1 mol理想气体等压膨胀（P=1 atm，温度由300 K升至400 K）： 内能变化 \(\Delta U = C_ V \Delta T\)（\(C_ V\)为定容热容）； 体积功 \(W = P \Delta V = R \Delta T\)； 吸热量 \(Q_ P = \Delta U + W = C_ P \Delta T\)（\(C_ P\)为定压热容），验证 \(C_ P - C_ V = R\)。