内容概要和学习方法

在自然界，一切物质都具有能量。能量是物质运动的度量，物质的运动存在各种不同的形态，因而能量也具有各种不同的形式，如机械能、电能、热能、化学能、核能、光学能、生物能等。能量转换与守恒定律揭示：能量，如同物质一样，不能被创造，也不能被消灭，而只能在一定条件下从一种形式转变成为另一种形式。在转换中，能量的总量保持不变。该定律为无数的事实所证实，其适用于力的、热的、化学的、电磁的、原子及核内部的学科以及生物现象。

热能与机械能的相互转换作为能量守恒及转换定律的应用特例，由热力学第一定律所表达出来，即“机械能可以变为热能，热能也可以变为机械能，在转换中，能量的总量不变”。如果把进行热能与机械能互转换的热力系统与外界环境合在一起看作孤立系统，那么该定律可以表述为“在孤立系统内，能量的总量保持不变”，即

式中，Esys为所研究的热力系统（system）的能量，Esur为外界环境（surroundings）的能量。

对式（11-1）进行微分，得(www.daowen.com)

式（11-2）表明：在所研究的系统中，任何能量变化，都必须相应地在外界有一个大小相等而方向相反的变化。也就是说如果热力系统要产生机械能，那么，外界必须提供相同大小的热能才有可能实现。

在历史上，曾经有不少人企图创造出一种不耗费任何能量而不断做功的机器，该机器称为“第一类永动机”。显然，第一类永动机是违反热力学第一定律的，无数实践经验证实“第一类永动机”是造不出来的，故热力学第一定律又可以表述为“第一类永动机是造不成的”，或者“热机的热效率不可能大于1”。

本章主要介绍敞开系统的热力学第一定律及其在工程上的应用，需要读者理解状态函数（如焓变ΔH等）、过程函数（如热量Q与功W）的基本概念；了解并掌握通用的衡算方程（universal balance equation），特别是针对所研究的系统，运用敞开系统的热力学第一定律，由状态函数的变化量来计算过程函数的方法。再则，需要掌握可逆过程、可逆轴功的基本概念和计算方法，并能对压缩、膨胀、喷管等热力过程进行热力学分析。