實踐證明；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，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(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，即為熱力學第一定律，表明了熱能與機械能在傳遞或轉(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)儲存能分為內(nèi)能和外儲存能兩部分：
● 內(nèi)能(或稱內(nèi)儲存能)是工質(zhì)內(nèi)部分子動能與分子位能的總和，用U表示，其單位是焦爾(J)，單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能用u表示，其單位是焦爾／千克(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)及微觀運動形式有關(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)。
● 外儲存能包括工質(zhì)以外界為參考坐標的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量(稱為宏觀動能)及系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用時具有的能量(如重力位能)。
宏觀動能：物體以某一速度運動時，其具有的動能為宏觀運動動能。
重力位能：在重力場中物體相對于系統(tǒng)外的參考坐標系的高度為重力位能。
● 系統(tǒng)的總儲存能為內(nèi)儲存能與外儲存能之和。對于沒有宏觀運動，并且高度為零的系統(tǒng)，系統(tǒng)總儲存能就等于內(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：
進入控制體的能量一控制體輸出能量＝控制體中儲存能量的增量
(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)物體之間進行的能量傳遞。系統(tǒng)與外界熱進行的能量傳遞包括：熱量、功和物質(zhì)流能。
● 熱量：熱量學的熱量定義是：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)儲存能的一部分，即內(nèi)能，有時習慣上稱為熱能。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：在熱力學中，功是系統(tǒng)除溫差以外的其他不平衡勢差所引起的系統(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)通過機械軸與外界傳遞的機械功稱為軸功。通常規(guī)定系統(tǒng)輸出軸功為正功，輸入軸功為負功。軸功可來源于能量的轉(zhuǎn)換，如汽輪機中熱能轉(zhuǎn)換為機械能；也可能是機械能的直接傳遞，如水輪機。
● 物質(zhì)流能：隨物質(zhì)流傳遞的能量包括流動工質(zhì)本身具有的能量(內(nèi)能、宏觀動能和重力位能)和流動功(或稱推動功)，流動功是為推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。
● 焙的物理意義：對于流動工質(zhì)，我們把內(nèi)能和流動功稱為焓，焓具有能量意義，它表示流動工質(zhì)向流動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)的動能和位能可以忽略，則焓表示隨流動工質(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時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)的熵的變化來表達熱力過程特性。
對于可逆的等溫過程，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，即過程總是朝一個方向進行而不能自發(fā)地反向進行，這個方向就是指系統(tǒng)從不平衡狀態(tài)朝平衡狀態(tài)進行。 反向過程的進行必須同時伴有另外的補償過程存在，例如要使熱量由低溫物體傳向高溫物體，可以通過制冷機消耗一定的機械功來實現(xiàn)，這里消耗機械功的過程就是補償過程。
(4)卡諾循環(huán)
● 卡諾循環(huán)是由以下四個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)壓縮回復到初始狀態(tài)。工質(zhì)在整個循環(huán)過程中從熱源吸熱ql，向冷源放熱q2，對外界作功w1，外界對系統(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的辦法來實現(xiàn)。
卡諾循環(huán)熱效率總是小于1。只有當T1＝∞或T2＝0時，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)動機是不可能實現(xiàn)的。
卡諾循環(huán)的熱效率與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。
● 逆卡諾循環(huán)：
反方向進行的卡諾循環(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)可用來制冷，也可用來供熱。這兩個目的可單獨實現(xiàn)，也可在同一設備中交替實現(xiàn)，即冬季用來作為熱泵采暖，夏季作為制冷機用于空調(diào)制冷。
卡諾定理：
卡諾定理指出所有工作于同溫熱源與同溫冷源之間的一切熱機，以可逆熱機的熱效率為。在同溫熱源與同溫冷源之間的一切可逆熱機，其熱效率均相等。
卡諾循環(huán)解決了熱機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，一切其他實際循環(huán)，均低于卡諾循環(huán)的熱效率。一切實際熱機進行的都是不可逆循環(huán)，改進實際熱機循環(huán)的方向是以卡諾循環(huán)熱效率為標準，盡可能接近卡諾循環(huán)。
機電安裝工程中利用能量轉(zhuǎn)換的實例如：汽輪機等動力機械利用工質(zhì)在機器中膨脹獲得機械功；壓氣機消耗軸功使氣體壓縮升高其壓力；制冷機消耗軸功實現(xiàn)制冷；熱泵消耗軸功實現(xiàn)供熱。
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)儲存能分為內(nèi)能和外儲存能兩部分：
● 內(nèi)能(或稱內(nèi)儲存能)是工質(zhì)內(nèi)部分子動能與分子位能的總和，用U表示，其單位是焦爾(J)，單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能用u表示，其單位是焦爾／千克(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)及微觀運動形式有關(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)。
● 外儲存能包括工質(zhì)以外界為參考坐標的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量(稱為宏觀動能)及系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用時具有的能量(如重力位能)。
宏觀動能：物體以某一速度運動時，其具有的動能為宏觀運動動能。
重力位能：在重力場中物體相對于系統(tǒng)外的參考坐標系的高度為重力位能。
● 系統(tǒng)的總儲存能為內(nèi)儲存能與外儲存能之和。對于沒有宏觀運動，并且高度為零的系統(tǒng)，系統(tǒng)總儲存能就等于內(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：
進入控制體的能量一控制體輸出能量＝控制體中儲存能量的增量
(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)物體之間進行的能量傳遞。系統(tǒng)與外界熱進行的能量傳遞包括：熱量、功和物質(zhì)流能。
● 熱量：熱量學的熱量定義是：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)儲存能的一部分，即內(nèi)能，有時習慣上稱為熱能。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：在熱力學中，功是系統(tǒng)除溫差以外的其他不平衡勢差所引起的系統(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)通過機械軸與外界傳遞的機械功稱為軸功。通常規(guī)定系統(tǒng)輸出軸功為正功，輸入軸功為負功。軸功可來源于能量的轉(zhuǎn)換，如汽輪機中熱能轉(zhuǎn)換為機械能；也可能是機械能的直接傳遞，如水輪機。
● 物質(zhì)流能：隨物質(zhì)流傳遞的能量包括流動工質(zhì)本身具有的能量(內(nèi)能、宏觀動能和重力位能)和流動功(或稱推動功)，流動功是為推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。
● 焙的物理意義：對于流動工質(zhì)，我們把內(nèi)能和流動功稱為焓，焓具有能量意義，它表示流動工質(zhì)向流動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)的動能和位能可以忽略，則焓表示隨流動工質(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時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)的熵的變化來表達熱力過程特性。
對于可逆的等溫過程，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，即過程總是朝一個方向進行而不能自發(fā)地反向進行，這個方向就是指系統(tǒng)從不平衡狀態(tài)朝平衡狀態(tài)進行。 反向過程的進行必須同時伴有另外的補償過程存在，例如要使熱量由低溫物體傳向高溫物體，可以通過制冷機消耗一定的機械功來實現(xiàn)，這里消耗機械功的過程就是補償過程。
(4)卡諾循環(huán)
● 卡諾循環(huán)是由以下四個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)壓縮回復到初始狀態(tài)。工質(zhì)在整個循環(huán)過程中從熱源吸熱ql，向冷源放熱q2，對外界作功w1，外界對系統(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的辦法來實現(xiàn)。
卡諾循環(huán)熱效率總是小于1。只有當T1＝∞或T2＝0時，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)動機是不可能實現(xiàn)的。
卡諾循環(huán)的熱效率與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。
● 逆卡諾循環(huán)：
反方向進行的卡諾循環(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)可用來制冷，也可用來供熱。這兩個目的可單獨實現(xiàn)，也可在同一設備中交替實現(xiàn)，即冬季用來作為熱泵采暖，夏季作為制冷機用于空調(diào)制冷。
卡諾定理：
卡諾定理指出所有工作于同溫熱源與同溫冷源之間的一切熱機，以可逆熱機的熱效率為。在同溫熱源與同溫冷源之間的一切可逆熱機，其熱效率均相等。
卡諾循環(huán)解決了熱機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，一切其他實際循環(huán)，均低于卡諾循環(huán)的熱效率。一切實際熱機進行的都是不可逆循環(huán)，改進實際熱機循環(huán)的方向是以卡諾循環(huán)熱效率為標準，盡可能接近卡諾循環(huán)。
機電安裝工程中利用能量轉(zhuǎn)換的實例如：汽輪機等動力機械利用工質(zhì)在機器中膨脹獲得機械功；壓氣機消耗軸功使氣體壓縮升高其壓力；制冷機消耗軸功實現(xiàn)制冷；熱泵消耗軸功實現(xiàn)供熱。
