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简明物理化学 · 第一章 热力学第一定律:把能量账记清楚 · 先把系统和符号约定写在纸上

第一定律:能量守恒,但账本要统一

本讲义采用环境对体系做功为正的约定,因而封闭系统可写为 ΔU=Q+W;符号不同的教材形式可不同,守恒本身不变。

热、功和内能不是三件可以随意换名的东西。Q 与 W 是能量越过系统边界的两种方式,U 是体系状态的函数。只要先说明“谁是系统”和“功按谁的方向为正”,第一定律就是一份稳定的能量账;若直接拿不同教材的式子拼接,才会出现看似神秘的正负号灾难。

开始自测

学完要会什么

能在给定符号约定下写出第一定律,并通过 Q、W 与 ΔU 的符号解释能量变化。

做题前先检查

  • 本课程资料中:环境对体系做功 W>0;体系吸热 Q>0。
  • ΔU 只由始终态决定,Q、W 要连同具体过程讨论。

先回忆,再看答案

用三个问题检查是否真的理解

1. 同一始态和终态,能否出现不同的 Q 与 W?

提示:想两条不同的压缩或膨胀路径。

2. 若体系绝热且环境压缩它,ΔU 的符号是什么?

提示:本页的 W 取正还是负?

活塞缸系统显示热进入、外力压缩做功和内能变化
自绘活塞缸机制图。先用系统边界把“体系内的状态变化”与“跨边界的热、功传递”分开;图中符号采用本课程讲义的约定。来源:课程团队自绘;概念示意,不表达实际能量大小

关键公式

常见易错点

  • 没有写符号约定便把 ΔU=Q−W 与 ΔU=Q+W 混用。
  • 把“绝热”误解为 ΔU 必为零。