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功和内能___热和内能


乙醚顶塞
问题讨论:
“做功”和“热传递”都是能量交换的方式,并在改变 系统状态上等效,二者在本质上有什么区别?
对于系统做机械功(摩擦功或体积功)是与物体的宏观位移相联系的(如 轮叶在液体中旋转,活塞移动等)。从微观上看,物体发生宏观位移时,其 中所有分子将在无规则热运动基础上附加一个共同的有规则运动。在做功过 程中,通过分子间的碰撞将有规则运动能量(宏观上表现为机械能)转变为 分子无规则运动能量。分子无规则热运动能量的总和在宏观上表现为系统的 内能。因此,做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能和内能 的转换和传递过程。 向系统传递热量是以系统和外界的温度不同为条件的。温度不同(分子热 运动平均动能不同)的物体相互接触的,通过分子的碰撞,相互掺和,平均 动能大的分子将把能量传给平均能量小的分子,结果在宏观上就引起低温物 体系统内能发生变化。因此,传热过程实质上是通过分子之间相互作用,即 在不发生宏观位移的情况下,通过分子力做“微观功”来传递分子的无规则 运动能量,改变系统内能的过程。
2、物体对外界放热,物体内能减少。
五、做功和热传递的区别
1 、做功使物体内能发生改变的时候,内能的改 变就用功数值来量度.外界对物体做多少功, 物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功, 物体的内能就减少多少. 热传递使物体的内能发生改变的时候,内能 的改变用热量来量度的.物体吸收多少热量, 物体的内能就增加多少;物体放出多少热量, 物体的内能就减少多少.
拓展思考:在绝热过程中,外界对系统做功,系 统的内能怎么变?数量上有什么关系?若系统对 外界做功呢?
钻木取火
演示:在烧瓶里加入水,水的上方有水蒸气。用带孔 橡皮塞把瓶口塞住,向瓶内打气,当瓶塞跳出时,观 察瓶内的变化。
气体膨胀
由此可知:
1.外界对物体做功,传递在改变物体的内能上是等效的.
3.做功和热传递在本质上是不同的: 做功使物体的内能改变,是其他形式的能量和内能 之间的转化(不同形式能量间的转化) 热传递使物体的内能改变,是物体间内能的转移 (同种形式能量的转移)
实验:
如图所示,在薄壁金属圆筒内注入少量 乙醚,塞上塞子,用一根绳子在金属圆 筒外壁缠绕1-2圈。然后按图中箭头所 指的方向来回拉动绳子。 (1)猜测可能会发生的现象; (2)解释发生上述现象的原因。
三、热传递
演示实验:
动画:热传递
1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降 温,温度低的物体要升温,我们说热量从高温物体传 到了低温物体。这样的过程叫做热传递。 2、发生条件:物体之间或物体的不同部分之间存在温 度差。 3、热传递有三种方式:热传导、热对流、热辐射。
四、热和内能
1、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统 从状态1经过单纯的传热达到状态2,内能的增量△U=U2-U1就等 于外界向系统传递的热量Q,即△U=Q。
结论:只要重力所做的功相同,容器内水温上升的数值就相同, 即系统状态的变化是相同的。
实验二:对系统做电功
电流通过电热丝使 绝热容器内的液体温 度升高。
结论:对同一系统,在绝热过程中只要所做的电功相同,系统 温度上升的数值就相同,即系统的状态变化相同。
焦耳的实验说明什么问题?
在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状 态1变为状态2,所需外界做功的数量是相同的。 也就是说,在各种不同的绝热过程中,要使系 统状态发生变化,做功的数量只由始末两个状态 决定,与做功方式无关。
功和内能 热和内能
引入:冬天搓手可使双手变暖;向手 吹气也可使双手变暖,是什么原因使 温度发生了变化呢?
演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉
花,迅速压下筒中的活塞,观察筒底物品的变化。这个实验 说明了什么?
压缩空气引火
实验一:对系统做机械功
重物下落带动轮叶旋转, 通过搅拌对绝热容器内的 液体做功,使液体升温, 即状态发生变化。
二、内能
1、任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系 统自身状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别 与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这 个物理量称为系统的内能。
思考:在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢? 当时讲的内能的变化与什么有关?而这一致吗?有何关 系?
2、当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时, 内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做 的功W,即△U=W。
外界没有对系统(水)做功,只对 系统传热,同样能改变系统的状态。
2、像做功一样,热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有 意义。所以不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了 多少热量。 拓展思考:在单纯传热过程中,系统从外界吸热,系统的内能怎 么变?数量上有什么关系?若系统对外界放热呢?
1、物体从外界吸热,物体内能增加。
一、焦耳的实验(Joule experiment)
焦耳实验揭示了热量与功之间确 定的当量关系(1卡=4.186焦耳), 表明机械运动或电磁运动与热运动之 间是可以相互转化的.它启迪人们继 续发现了各种物质运动之间的相互转 化关系,为能量转化和守恒定律的建 立奠定了基础.
焦耳在做热功当量实验
回顾哪些力做功仅由物体的起点和 终点两个位置决定与物体的运动路径 无关?
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