热力学第一定律

热力学第一定律是热力学的基本定律之一。是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E2-E1）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为
　　△E＝E2-E1＝Q＋W
　　即W+Q=△E。在这个公式中，突出了做功和热传递是改变系统内能的两种不同形式，可通过做功和被传递的热量来量度系统内能的变化。在上述公式中，当外界对系统作功时，W为正值；若系统对外作功时，W为负值。如外界向系统传热，Q即为正值；若系统向外界放热，则Q为负值。当△E为正值时，表示系统的内能增加；如果△E为负值时，则表现系统的内能在减少。
　　对热力学第一定律也可以从另一侧面来描述，即外界传递给系统的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和。如果外界传递给系统的热量为Q，使系统从某一平衡状态到达另一平衡状态，内能的增加为E2-E1，同时对外作功W′，则热力学第一定律可表示为
　　Q＝（E2-E1）＋ W′
　　即Q=△E＋W′。在这个公式中，当系统从外界获得热量时，Q＞0为正值；而当系统向外界释放热量时， Q＜0为负值。若系统对外界作功， W′＞0为正值；若外界对系统作功，W′＜0为负值。在系统内能增加时，△E为正值，若系统的内能减少时，则△E为负值。
　　上式是从热机的效率角度考虑，外界传递给系统的热量，一部分用来增加系统的内能，另一部分就是系统对外所作的功。
　　在运用热力学第一定律的数学表达式△E=W+Q解题时，应了解表达式的适用范围，应注意各物理量的正、负号表示的意义，以及式中的各量单位要统一。对热力学第一定律从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，于是热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。
　　热力学第一定律也可表述为，第一类永动机是不可能制造的。