热力学定律
1热力学第一定律
做功和热传递都能改变物体的内能。
也就是说,做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的:做功是其他能和内能之间的转化,功是内能转化的量度;而热传递是内能间的转移,热量是内能转移的量度。
外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU,即ΔU=Q+W这叫做热力学第一定律。
在这个表达式中,当外界对物体做功时W取正,物体克服外力做功时W取负;当物体从外界吸热时Q取正,物体向外界放热时Q取负;ΔU为正表示物体内能增加,ΔU为负表示物体内能减小。
2热力学第二定律
(1)热传导的方向性。
热传导的过程是有方向性的,这个过程可以向一个方向自发地进行(热量会自发地从高温物体传给低温物体),但是向相反的方向却不能自发地进行。
(2)第二类永动机不可能制成。
我们把没有冷凝器,只有单一热源,从单一热源吸收热量全部用来做功,而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。
这表明机械能和内能的转化过程具有方向性:机械能可以全部转化成内能,内能却不能全部转化成机械能。
(3)热力学第二定律的表述:①不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)。
②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化(按机械能和内能转化过程的方向性表述)。
③第二类永动机是不可能制成的。
热力学第二定律使人们认识到:自然界各种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
(4)能量耗散。
自然界的能量是守恒的,但是有的能量便于利用,有些能量不便于利用。
很多事例证明,我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。
这种现象叫做能量的耗散。
它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。
例:关于一定量的气体,下列叙述正确的是
A.气体吸收的热量可以完全转化为功
B.气体体积增大时,其内能一定减少
C .气体从外界吸收热量,其内能一定增加
D .外界对气体做功,气体内能可能减少
解析: A 违背热力学第二定律,BCD 考察热力学第一定律:Q w U +=∆做功和热传递都可以改变内能故选D
应弄清物体的内能的变化与做功、热传递的关系
改变物体的内能的途经就是改变物体的分子动能和分子势能,最终达到改变物体的内能。
能够改变物体内能的物理过程有两种:做功和热传递。
做功使物体的内能发生变化的时候,内能的变化可以用功的数值来量度。
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变化的时候,内能的变化是用热量来量度的。
外界传递物体多少热量,或者说物体吸收了多少热量,物体的内能就增加多少;物体传递给外界多少热量,或者说物体放出了多少热量,物体的内能就减小多少。
做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
功和热量都可以用来量度内能的变化。
它们的区别是:做功是其它形式的能(如:电能、机械能……)和内能之间的转化;热传递是物体之间内能的转移。
例:对于一定量的理想气体,下列说法正确的是______。
(ADE )
A 若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B 若气体的内能不变,其状态也一定不变
C 若气体的温度随时间不段升高,其压强也一定不断增大
D 气体温度每升高1K 所吸收的热量与气体经历的过程有关
E 当气体温度升高时,气体的内能一定增大 解析:理想气体的内能只由温度决定,由理想气体状态方程C T
PV =可知,若气体的压强和体积都不变,温度T 也不变,所以内能也一定不变,A 、E 选项正确。
若气体的内能不变,则温度T 不变,但气体的压强和体积可以改变,B 项错误。
若气体的温度升高,体积增大,其压强可以不变,C 项错误。
由热力学第一定律W Q U +=∆知,D 选项正确。