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1、第十七章热力学定律知能图谱热力学三定律热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律热力学第三定律热量功内能熵绝对零度不可能达到第一类永动机不能制成第二类永动机不能制成能量耗散一、功热内能知识能力解读知能解读(一)内能1定义：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。2内能的决定因素：系统的内能是由系统的状态决定的，如温度、体积的变化将引起系统内能的改变。3改变内能的两种方式：做功与热传递。知能解读(二)功和内能1绝热过程：系统与外界仅通过做功交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放
2、热的过程。2功和内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量U就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为U U2U1W。知能解读(三)热和内能1热传递：热量从高温物体传到低温物体的过程叫做热传递。2热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。3热量和内能变化的关系：当系统从状态1 经过单纯的热传递达到状态2 时，内能的增加量U U2U1，就等于外界向系统传递的热量Q，即U Q。知能解读(四)做功和热传递在改变物体内能上的关系内能变化本质二者联系做功热传递外界对物体做功，物体的内能增加；物体吸收热量，内能增加；物体放物体对外界做功，物体的内能减小出热量，内能减小其他形式的
3、能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移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易错易混辨析易错易混(一)热量和内能内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成。而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。易错易混(二)热量和功热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。用做功来改变系统的内能，是系统内分子
4、随整体的有序运动，转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程。用热传递来改变系统的内能，是通过热传导、热对流和热辐射来完成的，它将分子的无规则运动从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程。二、热力学定律知识能力解读知能解读(一)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表达式为：U W Q。3符号法则符号+-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U内能增加内能减少4意义：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方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热
5、传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的单位焦耳。5应用热力学第一定律的几种特殊情况(1)若是绝热过程，则Q 0，W U，即外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)等容过程中气体不做功，即W 0，则Q U，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U 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。知能解读(二)能量守恒定律内容：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，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律。知能解读(三)热力学第二
6、定律1克劳修斯表述(1)内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即从热传导的方向性表述。(2)理解热量会自发地从高温物体传给低温物体，在传递过程中不会对其他物体产生影响；如果有其他作用，热量有可能由低温物体传递到高温物体；如果没有其他作用，热量就不可能从低温物体传递到高温物体。(3)热力学过程方向性实例热量 C3 能自发传给高温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给低温物体功能自发地完全转化为不能自发地完全转化为热2开尔文表述(1)内容：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。(2)理解：从单一热库吸收热量，一般来说只有部分转化为机械能。机械能转化为内能是自然的，可以全
7、部转化；如果引起其他变化，可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功。3实质：热力学第二定律的两种表述是等价的，可以从一种表述推出另一种表述，同时这两种表述揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的。4热机：一种把内能转化为机械能的装置。(1)原理：热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功 W，然后向冷凝器释放热量Q2。(2)效率：由能量守恒定律有Q1WQ2，我们把热机做的功 W 与它从热源吸收的热量Q1的比值叫热机效率，用表示，即知能解读(四)两类永动机特点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第二类永动机从单
8、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定律，违背热力学第二定律，不可能制成W。Q1不可能制成的原因违背能量守恒定律，不可能制成知能解读(五)热力学第二定律的微观解释1热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。2熵(1)定义：物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母 S 表示熵，有：Skln。式中 k叫做玻耳兹曼常量。(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。知能解读(六)热力学第三定律不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。知能解读
9、(七)能量耗散集中度较高且有序度较高的能量(如机械能、电能、化学能等)，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散且无序度更大的能量，我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。方法技巧归纳方法技巧：热力学第一定律的应用方法指导：应用热力学第一定律解题的一般步骤：(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正、负；(2)根据方程UWQ求出未知量；(3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况；(4)理想气体无分子力，无分子势能，故一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关。易错易混辨析易错易混(一)热力学第二定律与热力学第一定律的联系两个定律的关系：热力
10、学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的表达形式，说明功和热量与内能改变的定量联系；热力学第二定律指出了能量转化和守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指明了一切和热相关的变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响，二者相互独立，又相互补充。易错易混(二)外界对系统(气体)做功和物体内能改变的关系1物体内部分子力做功和外界对系统(气体)做功的区别：物体内部分子力做功只是实现了分子势能和分子热运动的动能间的转化，而这两种都属于内能，故分子力做功不影响内能的变化。外界对系统(气体)做功是改变物体内能的两种方式之一，二者的适用范畴不同。2气体对外做功的两个要素：力和位移。高考能力培养高考能力(二)考纲解读内容热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律要求考纲解读了解热力学第一定律并能简单应用识记能量守恒定律了解热力学第二定律