热力学第一定律 热力学第一定律，也就是能量守恒定律，是一切自然科学最重要的守恒律之一。应该说，它的建立，是经典自然科学历史中最重要的发现。 我在这里介绍的，是1909 年喀喇氏指出的热力学第一定律的一种更加符合逻辑的建立方式。 首先引入准静态过程，这是热物理学中极为重要的概念，它将系统的持续连续变化描述为间隔状态的连续，这应该是微分思想的一种应用吧。准静态过程的一个重要性质是：当不考虑摩擦力作用时，系统所经历的过程可以用状态参量描述。我们大学所进行的一切热力学计算几乎都是建立在这一性质基础之上的。 现在要思考能量传递的三种方式：1.功 2.热辐射 3.热传递。这里，我们尚不知道热量为何物，在逻辑上，热量的概念暂时是不可能提出的，可以提到的是功。至于热辐射，超出简单系统的范围，且对热力学第一定律的建立没有影响，不做考虑。 功，既是热物理的概念，也是力学的概念，其意义在于将几何参量的变化与力学参量的变化结合起来。数学表达式为 变化功= 压强×变化体积 将其推广得到广义力和广义体积，不再解释。 让我们看看Joule( 焦耳)的两个实验，他试图找出功与系统的一个微妙关系： A.在一密闭隔热水箱的水中置一水轮，连线到水箱外的砝码，砝码自由下落带动水轮转动，测量砝码下落距离与水的温度变化； B.在一密闭隔热水箱的水中置一金属棒，两端接水箱外一电源，测量水温变化与电池作用时间及其功率。 从Joule 的实验，我们注意到实验中系统的性质——绝热。喀喇氏指出，绝热过程的定义不应使用热量这一概念，这正是喀喇氏理论的核心。绝热过程定义为：系统状态的变化完全是由外界的机械功或电磁作用引起，这种过程叫绝热过程。Joule 的两个实验都是绝热过程。 实验的结论是：绝热过程中，外界对系统作功只与系统的初态和末态的状态有关，也就是说，一个系统的状态量在系统初与末时的差异等于从外界获得的功。我们称这个状态量为内能。其数学表达为 系统末态内能—系统初态内能= 外界对系统作功值 热 力 学 三 大 定 律 的 发 展 过 程 --第 1页热 力 学 三 大 定 律 的 发 展 过 程 --第 1页或 系统内能改变量= 外界对系统作功值 这就是内能的引入，似乎比我们想象的药简单，但要知道，Joule 做了20 年类似上面的两个实验，谈何容易。 将结论推广到一切过程中，我们发现，系统内能改变量不总等于外界对系统作功值，多出或少出的部分是一种能量传递引...
