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第3讲热力学定律

基础梳理

1．改变物体内能的两种方式

(1)__做功__．(2)__热传递__．

2．绝热过程

系统不从外界__吸热__，也不向外界__放热__．

3．热传递

热量从__高温__物体传到__低温__物体．热传递有三种方式：__热传导__、__热对流__和__热辐射__．

4．热力学第一定律

一个热力学系统的内能增量等于外界向它__传递的热量__与外界对它__所做的功的和__．公式为ΔU＝__W＋Q__．

5．热力学第二定律的两种表述

(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从__低温__物体传到__高温__物体．

(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成__功__，而不产生其他影响．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”．

6．能量守恒定律

能量既不会__凭空产生__，也不会__凭空消失__，它只能从一种形式__转化__为其他形式，或者从一个物体__转移__到别的物体；在转化或转移的过程中其总量保持不变．

(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能，分子运动具有内能，电荷的运动具有电能，原子核内部的运动具有原子能等．

(2)不同形式的能量之间可以相互转化：摩擦生热是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等．这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程．

(3)能量守恒定律是自然界的普遍规律，但某一系统或某一种形式的能是否守恒则是有条件的．

7．两类永动机

(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．违背__能量守恒定律__，因此不可能实现．

(2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器．违背__热力学第二定律__，因此不可能实现．

易错辨析

1．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能．(×)

2．做功和热传递的实质是相同的．(×)

3．绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能一定减少.(×)

4．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)

5．热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.(×)

6．在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热．(×)

7．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功.(√)

8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失．(×)

对热力学第一定律的理解

1．改变物体内能的两种方式：做功和热传递．

(1)内能是物体的状态量，它是物体在某一状态某一时刻所具有的一种能量．

(2)热量是过程量，是在某一段过程中物体之间发生热交换的那一部分能量，热量不属于哪一个物体，它量度的是流通量、交换量，是物体在热传递的过程中其内能改变量的量度．在只发生热传递的过程中，物体吸收(放出)多少热量，其内能就增加(减少)多少．

(3)热传递时，自发的情况下，热量由温度高的物体传给温度低的物体，而与其他任何因素无关．内能的改变是过程量，它可以由做功和热传递来量度．

2．热力学第一定律的符号规定

做功W

外界对物体做功

W0

物体对外界做功

W0

吸放热Q

物体从外界吸收热量

Q0

物体向外界放出热量

Q0

内能变化ΔU

物体内能增加

ΔU0

物体内能减少

ΔU0

3．判定物体内能变化的方法

(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析．

(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正．

(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.

(4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．

4．绝热过程和自由膨胀过程的判定方法

(1)绝热特征：其一，题目中明确说明是绝热容器(包括活塞)或直接说明没有热交换；其二，题目中对气体变化过程在时间上的描述出现“迅速”“快速”等字眼时，可以理解为被研究气体没有来得及进行热交换，即视为绝热过程．

(2)自由膨胀特征：一定量气体所在的空间突然和一定体积的真空相连通，气体充满整个连通空间的瞬时过程．“自由膨胀”的气体不对外做功．

5．几种特殊情况

(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．

(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．

(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．

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