第一定律的实验反查

从一个会发生的热过程开始

今天要解决：对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差。先不要翻公式表，先画系统边界，标出物质、热量、功和状态参量可能怎样穿过边界；再预测升温、压强、体积、热流、效率或相态应朝哪个方向变化。热学最常见的错不是算术，而是把状态量和过程量、系统压强和外压、能量守恒和过程方向混成一件事。

为什么现在需要这个新对象

上一节《焓与流动过程》留下的状态量、通量、能量账或熵账，现在用于《第一定律的实验反查》。 本章主线是“把状态量和过程量分清，用统一符号闭合每一个能量账。”。先写上一节能回答的问题，再指出缺口：宏观状态方程不给过程速率，第一定律不给方向，理想气体不给分子作用，相平衡条件不给成核时间。新对象只为补这个缺口而引入，不能把后续统计物理中的系综结论提前当公理堆进来。

核心公式和使用条件

$$\Delta U-Q+W_{by}=0$$

逐项写单位、正负和固定变量：Q/W 采用哪种功的符号约定，p 是系统压强还是外压，T 是平衡温度还是局域温度，热容按摩尔还是质量，偏导下标固定了什么。再声明理想、准静态、可逆、绝热、稀薄、局域平衡、线性响应或近平衡等条件。（公式锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/equation。）

把式子接到真实测量

在《第一定律的实验反查》中，公式两端必须落到“对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差”里的旋钮和传感器：哪个量由加热功率、活塞位置、热源温度、样品尺寸或压强控制，哪个量由温度计、压力计、流量计或天平读取。先只改变一个输入，预测斜率或对数关系；再设计一条独立能量/熵账交叉核验。（测量锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/observable。）

先画过程图再代数

针对《第一定律的实验反查》，在 $p$–$V$、$T$–$S$、温度—位置或温度—时间图中选择真正能表达“对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差”的坐标。标清端态、过程方向、面积或斜率的物理意义，并指出图上哪一段依赖准静态、局域平衡或材料常数假设。若边界“能量账不闭合要查热漏、摩擦、迟滞和传感器标定”被触发，图线应在哪一处出现跳变、迟滞、偏离直线或无法定义？（过程图锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/process-map。）

跟着老师推导而不是跳到结论

第一步定系统与环境；第二步写端态和过程约束；第三步选微观碰撞、质量/能量守恒、第一定律、第二定律或热力学势；第四步写状态方程和材料响应；第五步积分或消元；第六步回到可测输出。围绕“对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差”至少保留四行关键中间式。出现“显然为零”时必须说明来自定容、绝热、循环、平衡还是对称，而不是凭感觉删项。

完整例题怎样反查

先做方向和数量级：温差减半，导热通量怎样变；容器尺度增大，扩散时间怎样变；压缩比提高，理想循环效率和真实损失分别怎样；相变潜热为零时哪类导数仍可能异常。完成“对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差”后，检查量纲、端态状态方程、能量守恒和熵产生非负；若是数值实验，再做步长、网格和参数收敛。（例题锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/worked-example。）

本节最危险的失败边界

危险说法是：能量账不闭合要查热漏、摩擦、迟滞和传感器标定。构造一个最短反例并指出首个坏等式：不可逆膨胀中误用系统 p 积分，绝热过程直接写等熵，非平衡态硬塞一个温度，热容跨相变当常数，或把能量守恒误判为过程一定可行。只写“注意适用范围”不得分。（边界锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/failure。）

在线计算和真实实验怎样互证

《第一定律的实验反查》的程序题用标准输入输出，至少四测覆盖正常、极限、对称和非法输入。真实实验还要提交传感器标定、原始时序、热漏/迟滞修正、拟合残差和不确定度。代码通过只能证明算法在测试模型内一致，不能自动证明样品达到平衡、装置绝热或传感器无延迟。

随课练习逐层验收

单选检查过程与条件，多选检查“对气体过程用 pV 数据、加热功率和温升闭合能量残差”的证据链，计算题要求公式和单位，推导题按10分验收：系统/状态与假设2分，定律和关键推导3分，可测预测2分，反例/熵或稳定性2分，单位与符号1分。只写最终数值、只画循环图或只说“熵增”不得分。

把结果交给下一节

本章在此闭合；下一章会更换描述尺度，但继续使用本章的状态量。 闭卷回答：系统是什么？本节新增状态量或通量是什么？公式在哪个过程条件下成立？实验怎样读出它？撤掉哪个条件会失败？能换一组端态或装置参数重新建账，才算真正学会。（闭环锚：phys-09-thermal/u5/l07/第一定律的实验反查/handoff。）