第四节　热力学的基本定律

热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象上的应用。能量守恒与转换定律的意义是什么？能量既不能被创造，也不能被消灭，但能够从一个物体转移至另一个物体，而转移前后能量的总和不变。

工程热力学中主要研究热能与机械能之间的相互转换，机械能常以变为“功”来度量，因而，能量守恒定律可以表达为“热可以变为功，功可以变为热”，消耗了一定量的功时，必然出现与之相应数量的热。例如，摩擦功可以化为热是很容易理解的，至于热量在物体之间的转移，则复杂一些，例如，暖器中的热水，在温度降低时把热量转移到房间，在数量上是守恒的。

在热量与功的转换中，一定量的功相当于多少热量？也就是常说的热功当量关系，可以用式（1.49）表示：

　　 （1.49） 　　

由此，可获得热与功在数量上的关系：

Q=AW　　（1.50）

式中，Q为热量，kJ；A为热功当量；W为功，kgf·m。

但是，如上所述的摩擦功可以化为热量，热量却不可以无条件地化为功；同样，热能从高温可以传递到低温，却不能无条件地从低温传递到高温。热力学第二定律就是研究这些条件的，虽然上述热能与功的转换的具体形式各不相同。但是，热力学第二定律指出，它们需要的条件是一致的，那就是需要消耗外界的另一种能，或向外界付出损失。

例如，热泵要用制冷剂从低温物体取热，必须消耗压缩机的压缩功，才能将热传递到高温物体，设高温物体得到的热为Q1，从低温物体提取的热为Q2，压缩功为W，则有式（1.51）成立：

Q1=Q2+W　　（1.51）

而描述该热泵的经济技术指标称之为COP：

　　 （1.52） 　　

显然，W愈小，COP值愈高，表明热泵的技术经济性愈高。

总之，热力学第一定律指出了热能（如高温与低温）之间及机械能与热能之间的等量性，但是，它们之间还存在着质的区别，即前者可以自发地、无条件地转化为后者，后者却不能无条件地转化为前者，热力学第二定律揭示了这种转化的条件。