11、第3讲 热力学定律与能量守恒定律

1． 改变内能的两种方式的比较

名称 比较 项目 在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能变化 内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物理实质 相互联系 2．热力学第一定律

(1)内容：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。

(2)表达式：ΔU＝W＋Q。 (3)符法则

符 ＋ －

1．温度、内能、热量、功的比较 概念 含 温度 表示物体的冷热程度，是内能(热能) 物体内所有分子热量 是热传递过程中功 做功过程是机械W 外界对物体做功 物体对外界做功 Q 物体吸收热量 物体放出热量 ΔU 内能增加 内能减小 其他形式的能与内能之间的转化 在单纯的热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移 做功 热传递 热力学第一定律

做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的 义 物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义 动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能 内能的改变量，热量是用来量度热传递过程中内能转移的多少 能或其他形式的能和内能之间的转化过程 关系 温度和内能是状态量，热量和功则是过程量。热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移 2.对热力学第一定律的理解 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳。

(2)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。

1．图11－3－1是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的( )

图11－3－1

A．温度升高，内能增加600 J B．温度升高，内能减少200 J C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少200 J

解析：选A 对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距离较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确。

1．热力学第二定律的两种表述

热力学第二定律、能量守恒定律 (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。”

2．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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。

3．能源的利用

(1)存在能量耗散和品质降低。 (2)重视利用能源时对环境的影响。

(3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)

1．两类永动机的比较

第一类永动机 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 违背能量守恒，不可能制成 2．对热力学第二定律的理解

(1)在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义：

①“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助；

②“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。

(2)热力学第二定律的实质：

热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

(3)热力学过程方向性实例： ①高温物体②功

热量Q能自发传给热量Q不能自发传给能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为

能自发膨胀到不能自发收缩到

能自发混合成不能自发分离成

第二类永动机 从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能制成 低温物体

热

气体体积V2(较大) 混合气体AB

③气体体积V1④不同气体A和B

⑤热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向