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第八章热力学定律

本章学习提要

1.理解热力学第一定律，知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功

及传热过程与外界交换的能量之间的关系。初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过

程，以及生活和生产中的实际问题。

2.知道热力学第二定律的表述。知道熵是描写系统无序程度的物理量。

热力学的两个基本定律是能量守恒定律和热力学第一定律。热力学第二定律表述了热力

学过程的不可逆性，即孤立系统自发地朝着热力学平衡方向-最大熵状态演化。这两

个定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的，这也是我

们学习这两条基本定律应采取的方法。

人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。热力学定律为更好地设计

和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。随着生产和科学实践的发展，人们逐步领

悟到有效利用能源的意义，懂得遵循科学规律的重要性，从而更自觉地抵制违背科学规律的

行为。

A热力学第一定律

一、学习要求

理解热力学第一定律。初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和

生产中的实际问题。

我们应聚焦于热力学第一定律的构建过程，理解它既包括内能的转换，也遵循能量守恒

定律。这一定律是通过对自然界以及生活和生产实际的深入观察、思考、分析和实验而得出

的自然界中最基本、最普遍的定律之一。通过学习热力学第一定律，我们能体会到它在科学

史上的重要地位，并感受到它对技术进步和社会发展的巨大影响。

二、要点辨析

1.热力学第一定律的含义和表式

热力学第一定律涉及到能量的转化和能量守恒两个方面.内能是物质内部大量微观粒子

无序热运动所具有的能量形式。一个物质系统的内能变化是由它与外部环境进行能量交换的

结果，而这种能量交换可以通过两种方式实现：做功和热传递。热力学第一定律揭示了系统

内能变化(AU)与系统与外部环境交换的功(W)和热量(Q之间的定量关系。

△U=Q+W.

2.应用热力学第一定律解题时，要注意各物理量正、负号的含义

当热力学第一定律表示为△U=Q+W时，AU为正值，表示系统内能增加：负值表示系

统内能减小。Q为正值，表示外界向系统传热：负值表示系统向外界传热、W为正值，表示

外界对系统做功；负值表示系统对外界做功。

3.热力学第一定律对理想气体的应用

可利用热力学第一定律对一定质量理想气体的一些典型的变化过程(如等压过程、等容

过程、等温过程等)进行分析，了解这些过程中内能的变化以及与外界的功和热的交换情况。

在分析中，主要根据如下两点。(1)一定质量理想气体内能的变化可通过(绝对)温度的变

化来判断：而(绝对)温度的变化又可根据理想气体状态方程(=常量),通过pV值的

变化来判断。(2)一定质量理想气体与外界交换的功在数值上等于它的p-V图线与V轴所

围的面积，且体积增大时，气体对外界做功：体积减小时，外界对气体做功。

己知内能的变化以及做功情况，再由热力学第一定律便可判断系统与外界之间热量的交

换情况。

三、例题分析

【示例1】一定质量的理想气体从状态a经过不p/×10Pa

a

同过程分别到达状态b、c、d、e,它们的p-V图如图

4

所示，其中ab是等容过程，ac是绝热过程(与外界

3

无热量交换),ad是等温过程，ae是等压过程。同

2

(1)哪些过程气体的温度升高?哪些不变?哪方程由pV的变化判定。

些降低?

d

(2)哪些过程气体的内能增加?哪些不变?哪b

些降低?01234V7x10?m

(3)哪些过程气体对外做功?哪些功大?哪些降低：ad中不变：ae中升高。

功小?