问答题 热力学第一定律普遍表达式的两种形式是:
   ΔE=(ΔE)Q+(ΔE)W+(ΔE)M    (a)
   ΔEisol=ΔE+ΔETR+ΔEWR+ΔEMR+ΔE0=0    ( aa)
   试说明建立这两个表达式的基本思路以及式中各项的物理意义。
【正确答案】外界分析法是从研究系统发生能量变化的根本原因着手,来建立热力学第一定律表达式的。如前所述,只有改变外界条件,使系统与外界之间发生相互作用,才能使系统的能量发生变化(仅靠外因)。根据作用量独立作用原理,每种作用量都能对系统的能量变化,作出与该作用量的大小、方向相应的独立贡献。我们又知,系统能量是个容度参数,具有可加性,因此,系统的能量变化必定等于各个作用量的能流的代数和。所以,热力学第一定律的普遍表达式可以写成:
   ΔE=(ΔE)Q+(ΔE)W+(ΔE)M    (a)
   根据孤立系统的定义,显然有(△E)Q=(△E)W=(ΔE)M=0,及ΔEK=ΔEP=0,因此有:ΔEisol=ΔUisol=0。同时,根据系统能量的容度性质,可以推断,孤立系统的能量变化必定等于孤立系统中各个子系统能量变化的代数和,即有:ΔEisol=∑(△E)i。其中(△E)i表示孤立系统中第i个子系统的能量变化。把上述两层意思综合起来,就可以得出适用于任何孤立系统的热力学第一定律普遍表达式:
   ΔEisol=∑(ΔE)i=0
   对于外界分析法的热力学模型,上式可表示为:
   ΔEisol=ΔE+ΔETR+△EWR+△EMR+△E0=0    (aa)
   式中,ΔE、ΔETR、ΔEWR、ΔEMR及ΔE0分别表示孤立系统中所包含的主系统、热库、功库、质量库及周围环境等子系统的能量变化。可见,在使用式(aa)时,必须把孤立系统中所包含的各个子系统,一个不少地都包括进去,不同的孤立系统所包含的子系统是不一定相同的。
【答案解析】