什么是内能，热力学第一定律 内能

老郭今天来为大家介绍一下热力学第一定律。一个热力学系统处于热力学平衡态时，只要没有外界的作用，它的状态变量就不随时间变化。如果外界对系统产生影响，则平衡就会被破坏，从而过渡到另一个平衡态。

热力学曲线图

在热力学中，如果系统从一个状态变化到另一个状态的过程中，系统吸收的热量为Q，与环境交换的功为W，可得热力学能（亦称内能）的变化为ΔU = Q+ W或Q=ΔU-W（目前通用这两种说法，以前一种用的多），为了避免混淆，物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。

后面这个表达式的表述是：系统吸收的热量等于系统内能的增加及系统对外做功之和，这就是热力学第一定律。这个定律是能量之间的转换和守恒定律，这是一个从经验中总结出来的热力学基本定律。

对于无限小的元过程，热力学第一定律可以写成dQ=dU+dW

气体在外界压力下压缩

系统的内能是态函数，它只与系统所处的状态有关，而与系统发生变化的过程无关。状态变量确定，则内能确定。我们关心的是系统状态变化前后内能的变化，而不是所在状态的内能的绝对值，这和是能情况类似，功和热量不是态函数，他们是在系统发生变化的过程中发生的。功和热量与具体的过程有关。

热力学第一定律是能量守恒原理的一种表达方式，热力学第一定律是生物，物理化学等学科的重要定律。能量守恒定律的表述是：在一个热力学系统内，能量可转换，即可从一种形式转变成另一种形式，但不能自行产生，也不能毁灭。所以啊，那些想做永动机的小伙伴们，还是洗洗睡吧，不存在能一直对外做功，却不需要消耗任何能量的机械装置。

嘿嘿，热力学第一定律还是比较简单滴，介绍到这竟然写不下去了。再开一个内容《热容量 焓》，没办法，系统考核图文的字数。

测量比热容的实验原理图

热容量是宏观物体的一个重要的热力学参数，它的定义为：Cx=dQ/dT，其中dQ是物体温度升高dT所需的热量，x代表一个特定的过程（如等压过程、等容过程等等），单位质量物质的热容量称为比热容，如千克比热容和摩尔比热容等。在热力学中，比热容数据只能从实验中得到，而在气体动理论与统计物理中可以从理论上去计算。

国际单位制中的单位是焦耳每千克摄氏度(J /(kg·K) 或 J /(kg·℃)，J是指焦耳，K是指热力学温标，与摄氏度℃相等)，即令1千克的物质的温度上升(或下降)1摄氏度所需的能量。

我们利用比热容数据可以计算一个过程中物体所吸收的热量。由于热量是过程中的量，所以必须针对具体的过程来计算，可以用这个公式ΔQ=∫CxdT

对于pV体系，等容过程和等压过程的热量计算可以分别用下面的公式来计算

ΔQ=∫CvdT，ΔQ=∫CpdT

对于等容过程，我们根据前面介绍的热力学第一定律dQ=dU+dW=dU+pdV，由于V是常数，所以dQ=dU，则有Cv=（!@#$)诶我去了，输入法没法输入微分符号，此处略去n个字。

对应的我们可以对等压过程也引进一个态函数，并用这个态函数的全微分来表示Cp，（打不出来全微分表达式，还请原谅。此处老郭的内心里，有一万匹草泥马呼啸而过）这个态函数H我们就称为焓，它的定义是H=U+pV，dH=dU+pdV+Vdp

一般来说，H是T和p的函数，而U是T和V的函数，所以Cp和Cv分别是T和p的函数与T和V的函数。

本文关于热力学第定律，内能、热容量、比热容和焓就介绍到这里。再次吐槽，由于无法输入微分符号，使得老郭的表述不能更明确。做一下预报，从下一篇开始我们来重点介绍一个新的物理量熵。嘿嘿，总感觉研究熵可能会带来物理学突破性的新理论，哈哈，老郭在这里意淫一下，一不小心成大师了呢？有兴趣的小伙伴，继续跟着老郭一起学习吧。