热力学第一定律 当物体从外界吸收热量Q时，物体的内能增加，增加的数值等于Q；当物体对外做功W时，其内能减少，减少的数值等于W。如果物体从外界吸收热量Q，同时对外界做功W，则物体的内能改变量ΔU=Q-W，即

上式表明：物体从外界吸收的热量，等于物体内能的改变量与物体对外所做功的总和，这就是热力学第一定律。它是热、功和内能之间变化的定量关系。力学中所讲的机械能守恒定律是动能和势能等机械能之间的相互转换规律。热力学第一定律是包括机械能和内能在内的能量转化与守恒的规律。

应用热力学第一定律计算时，公式中各量的单位要统一。在国际单位制中，Q、W、ΔU均以J为单位。

为使热力学第一定律普遍适用，需要规定：物体从外界吸热，Q取正值，物体向外放热，Q取负值；物体对外做功，W取正值，外界对物体做功，W取负值；物体的内能增加，ΔU取正值，物体的内能减少，ΔU取负值。

例题 一定量的气体从外界吸收1676J的热，内能增加了476J，问气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？

解 已知：Q=1676J，ΔU=476J

求：W

由Q=ΔU+W得

W为正值，表示气体对外做了1.20×103J的功。

答：气体对外做了1.20×103J的功。

下面我们根据热力学第一定律来研究系统——理想气体在绝热过程中Q、W及ΔU之间的变化关系。

当系统状态变化时，和外界没有热交换的过程，叫做绝热过程。例如气体在具有绝热套的气缸中进行膨胀（或压缩），就可以认为是绝热过程（如图2-7）。严格地说，完全绝热的材料是没有的，但是当气体迅速膨胀或急剧被压缩时，系统来不及和外界进行热量交换，这种情况就可作为绝热的过程来处理。在绝热过程中，因为系统和外界交换的热量Q=0，依照热力学第一定律，

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即

由上式可见，当气体被绝热压缩时，外界对气体做功（W＜0），气体的内能增加，温度升高。当气体绝热膨胀时，气体对外做功（W＞0），气体的内能减少，温度降低。这一原理在热机和制冷技术中得到普遍的应用。

图2-7

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电冰箱的工作原理

近代的制冷机就是利用气体绝热膨胀和液体气化时温度降低的原理制成的。下面以家用电冰箱为例，说明其工作原理。

压缩式电冰箱之所以能有冷藏和冷冻的作用，是因为它内部装有制冷循环系统，其主要部件有五个如图2-8所示。

图2-8 压缩式电冰箱制冷循环系统原理图

电冰箱常用的制冷剂是氟利昂（CCl2F2），它在140℃以下加压就会变成液体。蒸发器1是制冷机冷冻部分。当冰箱工作时，压缩机2将蒸发器中低温低压蒸汽吸入汽缸，经过压缩对气体做功，使它变成高温高压蒸气排入冷凝器3，冷凝器采用通风冷却，蒸气在冷凝器中放出由蒸发器吸收的热和压缩机消耗的外功所产生的热后，变成常温高压液体，经过干燥过虑器4滤去杂质后，通过毛细管5膨胀，随之温度、压强降低，，然后进入蒸发器急剧沸腾，变成低温、低压蒸汽，从蒸发器那里吸收一部分热量，最后再被压缩机吸入气缸形成制冷循环，。每循环一次，制冷剂就从蒸发器吸收一部分热量，使冰箱冷冻部分的温度降低一次，冷冻部分的温度一般可控制在-20℃～0℃之间。冷冻部分下面的空间，靠冰箱内空气上下的自然对流形成冷藏部分，其温度可控制在0℃～10℃.

制冷剂经过一个循环，从蒸发器吸热Q1，向冷凝器放热Q2（Q2＞Q1）回到原状态，其内能不变，即ΔU=0，由热力学第一定律：Q1-Q2=W。因循环过程中，外界（压缩机）对制冷剂做功W′，即W′=-W，所以这就是说，制冷机所以能实现从低温物体吸热（Q1），向高温物体放热（Q2），是靠外界做功消耗其它形式的能（电能）来完成的。