熱力學第一定律與絕熱膨脹

熱力學第一定律 (First Law of Thermodynamics)與絕熱膨脹
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

在熱力學中熱力學第一定律為能量守恆定律更廣泛的應用，魯道夫.克勞修斯(Rudolf Clausius)於1850年首次明白的陳述熱力學第一定律。

「系統內能（U）的增加等於系統吸收的熱（δQ）減去系統對周圍環境所做的功（δW）」

該定律敘述一個系統能夠貯存熱量成為內能(internal enargy)，藉由熱傳遞的過程，能量可以從一個高溫的來源加到系統中或損失能量到一個更低溫的系統。此外，能量也可經由作功的過程損失；反過來，當外界對系統做功，則系統的能量將會增加。

若以數學形式表示則為：
d U ＝ δQ – δW

其中d U 表示系統內能的增加，δQ表示加到系統中的熱量（正號）或由系統散失的熱（負號），δW 表示外界對系統所作的功（正號）或系統對外界所作的功（負號）。如果以錢作為類比，δQ 類似收入，δW則好像花費，d U則是所剩下的錢。

利用熱力學第一定律解釋等溫過程與絕熱過程

在等溫過程中，系統若對外作功，將導致系統內能（U）減少，溫度將下降；但因為系統可自外界吸收熱量，如果維持系統內能不變，則將維持恆溫；若外界對系統作功，系統內能將增加、溫度上升，若系統將熱散失到周圍環境，且維持內能不變，亦將維持等溫。

絕熱過程中，沒有藉由加熱或冷卻(增加熱到系統中或自系統中流失熱量)，但是系統對外界所作的功，則將導致系統內能的減少，因此溫度下降（絕熱冷卻）；反過來，如果外界對系統作功，系統的內能將增加，導致溫度上升（絕熱增溫）。

資料來源
1. First law of thermodynamics. http://en.wikipedia.org/wiki/First_law_of_thermodynamics