熱力學第一定律

　　即能量守恆定律。它可以表示為“孤立系統的內能不變”。它是人類經驗的總結，不能用任何別的原理來證明。從它導出的結論，還沒有發現與事實有矛盾。根據熱力學第一定律可以設想，要製造一種機器，它既不靠外界供給能量，本身也不減少能量，卻不斷地對外做功，這是不可能的。人們把這種假想的機器稱為第一類永動機。因此第一定律也可以表達為“第一類永動機是不可能造成的”。反過來，第一類永動機永遠不能造成，也就證明瞭第一定律是正確的。

　　熱力學第一定定律的思想最初是由德意志物理學傢J.R.邁爾在實驗的基礎上於1842年提出來的。在此之後，英國物理學傢J.P.焦耳做瞭大量實驗，用各種不同方法求熱功當量，所得的結果都是一致的。也就是說，熱和功之間有一定的轉換關系。以後經過精確實驗測定得知1卡＝4.184焦。1847年德意志科學傢H.von亥姆霍茲對熱力學第一定律進行瞭嚴格的數學描述並明確指出：“能量守恒定律是普遍適用於一切自然現象的基本規律之一。”到瞭1850年，在科學界已經得到公認。

　　熱力學系統由狀態1經過一個過程到達狀態2後，系統的內能一般會發生改變。根據能量守恒定律可得：

ΔU＝Q－W (1)

式中Δ U＝ U ₂－ U ₁為系統的內能增量； Q為在此過程中系統從環境所吸收的熱量； W為在此過程中系統對環境所做的功。式(1)是熱力學第一定律的數學表達形式。

　　式(1)中U是狀態函數，即ΔU的數值隻取決於系統的始態和終態，而與系統由始態變到終態所經過的具體過程無關，而其中Q和W則與過程有關。應用式(1)時須註意Q和W的正負號為：系統吸熱Q＞0，系統放熱Q＜0；系統對環境做功W＞0，環境對系統做功W＜0。

　　若系統狀態發生一個微小變化，則熱力學第一定律就寫成：

dU＝δQ－δW　　　(2)

式中δ Q和δ W分別為過程的微小的熱量和微小的功，它們不是全微分，所以用“δ”而不用“d”來表示，以與全微分表示區別。

　　

參考書目

　W.J.Moore，Physical Chemistry，Longman Group，London，1972.