热力学第一定律：能量守恒原理

今天来了解热力学第一定律。

 

首先，什么是热力学第一定律？

热力学的基本原理之一是热力学第一定律，也就是能量守恒定律。这一定律建立在物理学最重要的概念之一——能量守恒原理之上。简单来说，能量既不能凭空产生，也不能消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。用数学表达如下：

Etotal = KEsystem + PEsystem + Usystem

其中，
Etotal表示系统的总能量，
KEsystem表示系统的动能，
PEsystem表示系统的势能，
Usystem则表示系统的内能。做功是通过作用于系统与周围环境之间的宏观机械力，将能量传递给系统的过程。

例如，机器向上抬起系统时，能量由机器传递给系统。此时系统的能量增加，这种增加表现为系统重力势能的增加。对系统所做的功会增加系统的势能。

此外，当物质传递进入系统时，与物质有关的内能和势能也会传递给新的组合系统：

(uΔM)in = ΔUsystem

其中，
u表示在周围环境中测得的单位质量内能，
ΔM表示传递的质量。

热的流动是能量传递的一种形式。热传递是指除做功或物质传递之外，能量从系统流出或流入系统的自然过程。在绝热系统中，内能只能通过作为热的能量传递而改变（即不受外界热量影响）：

ΔUsystem = Q

结合这些原理，就得到热力学第一定律的以下传统表述：
“没有相应的能量输入，机器就无法永远持续运转。更简单地说，第一类永动机不可能制造出来。”

热力学第一定律对于理解生活中的许多现象必不可少，并被应用于各种科学及工程领域。

热力学第一定律就介绍到这里。
谢谢大家！