热力学第一定律论文

热力学第一定律

【摘要】

热力学是自然科学中建立最早的学科之一。19世纪中叶，焦耳在热功当量实验基础上建立了热力学第一定律，热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，利用它可以解决各种变化过程中的能量衡算问题，因此热力学第一定律广泛地应用于自然科学的各个学科领域。本文简单介绍其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它的一些简单应用。

关键字：热力学第一定律 能量转换和守恒定律 焦耳定律

正文

1．热力学第一定律的产生历史和科学背景

人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。

18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。

19世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯,所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规则动的结论。热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。使人们对热的本质的认识大大地进了一步。戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。

2.热力学第一定律的建立过程

在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841-1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量。他先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关，从而用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。

3.热力学第一定律的文字表述和数学表达式

文字表述：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的

数量保持不变。

数学表达式：△U=W+Q

4.热力学第一定律的简单应用

热力学第一定律的应用主要有：在理想气体单纯P,T,V变化中的应用，在相变过程中的应用，热机及其效率研究中的应用等等。具体的这里我就不具体叙述 了。

总结

本文回顾了热力学第一定律建立的背景及过程，其中着重指出了三位科学家迈尔、焦耳、在定律建立中所起的决定性的作用，而后，向读者阐述了热力学第一定律的文字表述及数学表达式，接着，列举了几个热力学第一定律的应用。热力学第一定律不仅仅是热学中的重要定律，它同时广泛地应用于生活的各个领域，是一项伟大的定律