實(shí)踐證明；能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，而其總量保持恒定，這一自然界普遍規(guī)律稱為能量守恒定律。把這一定律應(yīng)用于伴有熱現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移過程，即為熱力學(xué)第一定律，表明了熱能與機(jī)械能在傳遞或轉(zhuǎn)換過程中的能量守恒，據(jù)此建立能量方程。

能量方程的一般形式；系統(tǒng)收入能量一支出能量＝系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的增量

(1)系統(tǒng)能量的組成
系統(tǒng)能量分為兩大類：一類是系統(tǒng)本身的能量，稱為系統(tǒng)儲(chǔ)存能；另一類是系統(tǒng)與外界之間相互傳遞的能量。

系統(tǒng)儲(chǔ)存能分為內(nèi)能和外儲(chǔ)存能兩部分：

● 內(nèi)能(或稱內(nèi)儲(chǔ)存能)是工質(zhì)內(nèi)部分子動(dòng)能與分子位能的總和，用U表示，其單位是焦?fàn)?J)，單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能用u表示，其單位是焦?fàn)枺�千�?J／kg)。系統(tǒng)內(nèi)能取決于系統(tǒng)本身(內(nèi)部)的狀態(tài)，與工質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及微觀運(yùn)動(dòng)形式有關(guān)。內(nèi)能是工質(zhì)的溫度和比容的函數(shù)，因此內(nèi)能也屬工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。

● 外儲(chǔ)存能包括工質(zhì)以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量(稱為宏觀動(dòng)能)及系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)的相互作用時(shí)具有的能量(如重力位能)。

宏觀動(dòng)能：物體以某一速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其具有的動(dòng)能為宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能。

重力位能：在重力場(chǎng)中物體相對(duì)于系統(tǒng)外的參考坐標(biāo)系的高度為重力位能。

● 系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能為內(nèi)儲(chǔ)存能與外儲(chǔ)存能之和。對(duì)于沒有宏觀運(yùn)動(dòng)，并且高度為零的系統(tǒng)，系統(tǒng)總儲(chǔ)存能就等于內(nèi)能。

● 閉口系統(tǒng)能量方程：與外界不發(fā)生物質(zhì)交換(即沒有物質(zhì)穿過邊界)的系統(tǒng)稱為閉

口系統(tǒng)，閉口系統(tǒng)的質(zhì)量保持恒定，其系統(tǒng)能量方程：

系統(tǒng)總儲(chǔ)存能的變化＝系統(tǒng)內(nèi)能的變化。

● 開口系統(tǒng)能量方程：有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，其能量方程：

進(jìn)入控制體的能量一控制體輸出能量＝控制體中儲(chǔ)存能量的增量

(2)系統(tǒng)與外界的能量傳遞
系統(tǒng)與外界傳遞能量是指系統(tǒng)與外界熱力源(熱源、功源、質(zhì)源)或與其他有關(guān)物體之間進(jìn)行的能量傳遞。系統(tǒng)與外界熱進(jìn)行的能量傳遞包括：熱量、功和物質(zhì)流能。

● 熱量：熱量學(xué)的熱量定義是：在溫差作用下系統(tǒng)與外界傳遞的能量稱為熱量。熱量一旦通過界面?zhèn)魅?或傳出)系統(tǒng)，就變 成系統(tǒng)(或外界)儲(chǔ)存能的一部分，即內(nèi)能，有時(shí)習(xí)慣上稱為熱能。顯然，熱量與內(nèi)能(或熱能)之間有原則的區(qū)別。熱量是與過程特性有關(guān)的過程量。

●功：在熱力學(xué)中，功是系統(tǒng)除溫差以外的其他不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界之間 傳遞的能量。功也是與過程特性有關(guān)的過程量功可分為：

膨脹功(也稱容積功)：熱轉(zhuǎn)換為功，工質(zhì)容積都要膨脹，也就是說都有膨脹功。閉口系統(tǒng)膨脹功通過系統(tǒng)界面?zhèn)鬟f，而開口系統(tǒng)的膨脹功可通過其他形式(如軸)傳遞。

軸功：系統(tǒng)通過機(jī)械軸與外界傳遞的機(jī)械功稱為軸功。通常規(guī)定系統(tǒng)輸出軸功為正功，輸入軸功為負(fù)功。軸功可來(lái)源于能量的轉(zhuǎn)換，如汽輪機(jī)中熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；也可能是機(jī)械能的直接傳遞，如水輪機(jī)。

● 物質(zhì)流能：隨物質(zhì)流傳遞的能量包括流動(dòng)工質(zhì)本身具有的能量(內(nèi)能、宏觀動(dòng)能和重力位能)和流動(dòng)功(或稱推動(dòng)功)，流動(dòng)功是為推動(dòng)流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功，它是維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞的能量。

● 焙的物理意義：對(duì)于流動(dòng)工質(zhì)，我們把內(nèi)能和流動(dòng)功稱為焓，焓具有能量意義，它表示流動(dòng)工質(zhì)向流動(dòng)前方傳遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。焙也是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如果工質(zhì)的動(dòng)能和位能可以忽略，則焓表示隨流動(dòng)工質(zhì)傳遞的總能量。

● 熵：我們把工質(zhì)在可逆過程中傳遞的熱量與當(dāng)時(shí)溫度之比的總和稱為工質(zhì)的熵的變化，熵用s表示，其單位是J／K，單位質(zhì)量工質(zhì)的熵用，表示；其單位是J／ksK。

熵也是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，用工質(zhì)的熵的變化來(lái)表達(dá)熱力過程特性。

對(duì)于可逆的等溫過程，工質(zhì)的熵的變化就等于傳遞的熱量與該溫度的比值。

(3)能量的轉(zhuǎn)換條件
凡是涉及到熱現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)換過程，都是有一定的方向性和不可逆性，即過程總是朝一個(gè)方向進(jìn)行而不能自發(fā)地反向進(jìn)行，這個(gè)方向就是指系統(tǒng)從不平衡狀態(tài)朝平衡狀態(tài)進(jìn)行。 反向過程的進(jìn)行必須同時(shí)伴有另外的補(bǔ)償過程存在，例如要使熱量由低溫物體傳向高溫物體，可以通過制冷機(jī)消耗一定的機(jī)械功來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里消耗機(jī)械功的過程就是補(bǔ)償過程。

(4)卡諾循環(huán)
● 卡諾循環(huán)是由以下四個(gè)過程組成的理想循環(huán)
過程a-b：工質(zhì)從熱源(T1)可逆定溫吸熱；
b-c：工質(zhì)可逆絕熱(定熵)膨脹；
c-d：工質(zhì)向冷源(T2)可逆定溫放熱；
d-a：工質(zhì)可逆絕熱(定熵)壓縮回復(fù)到初始狀態(tài)。工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過程中從熱源吸熱ql，向冷源放熱q2，對(duì)外界作功w1，外界對(duì)系統(tǒng)作功w2，循環(huán)凈功w0。

● 卡諾循環(huán)的熱效率：
卡諾循環(huán)熱效率的大小只決定于熱源溫度T1：及冷源溫度T2。要提高其熱效率可通過提高T1及降低T2的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

卡諾循環(huán)熱效率總是小于1。只有當(dāng)T1＝∞或T2＝0時(shí)，熱效率才能等于1，但都是不可能的。

單一熱源的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。

卡諾循環(huán)的熱效率與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。

● 逆卡諾循環(huán)：
反方向進(jìn)行的卡諾循環(huán)稱為逆卡諾循環(huán)，是由工質(zhì)的定熵降溫膨脹過程、可逆定溫吸熱膨脹過程、定熵升溫壓縮過程和可逆定溫放熱壓縮過程等四個(gè)可逆過程組成。逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)(致冷系數(shù)ε1或供熱系數(shù)ε12)也只決定于熱源溫度T1和T2。

逆卡諾循環(huán)可用來(lái)制冷，也可用來(lái)供熱。這兩個(gè)目的可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，也可在同一設(shè)備中交替實(shí)現(xiàn)，即冬季用來(lái)作為熱泵采暖，夏季作為制冷機(jī)用于空調(diào)制冷。

卡諾定理：
卡諾定理指出所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為。在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆熱機(jī)，其熱效率均相等。

卡諾循環(huán)解決了熱機(jī)熱效率的極限值問題，并從原則上提出了提高熱效率的途徑。在相同的熱源與冷源之間，卡諾循環(huán)的熱效率為，一切其他實(shí)際循環(huán)，均低于卡諾循環(huán)的熱效率。一切實(shí)際熱機(jī)進(jìn)行的都是不可逆循環(huán)，改進(jìn)實(shí)際熱機(jī)循環(huán)的方向是以卡諾循環(huán)熱效率為標(biāo)準(zhǔn)，盡可能接近卡諾循環(huán)。

機(jī)電安裝工程中利用能量轉(zhuǎn)換的實(shí)例如：汽輪機(jī)等動(dòng)力機(jī)械利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲得機(jī)械功；壓氣機(jī)消耗軸功使氣體壓縮升高其壓力；制冷機(jī)消耗軸功實(shí)現(xiàn)制冷；熱泵消耗軸功實(shí)現(xiàn)供熱。