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1、【物理】【物理】10.3-热力学力学第一定律第一定律-能量守恒定能量守恒定律律(人教版人教版选修修3-3)课件件改变内能的两种方式做功热传递对内对内对外对外吸热吸热放热放热内能增加内能增加内能减少内能减少（外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热）绝热过程绝热过程仅传热过程仅传热过程如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化内能的变化U与热量及做的功之间又有什么关系呢？与热量及做的功之间又有什么关系呢？一个热力学系统的内能增加量等于外界向一个热力学系统的内能增加量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和
2、，它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做这个关系叫做热力学第一定律热力学第一定律.U U 物体内能的增加量物体内能的增加量 W W 外界对物体做的功外界对物体做的功 Q Q 物体吸收的热量物体吸收的热量 UW+Q思考与讨论：思考与讨论：一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是是135J135J，同时向外放热，同时向外放热85J85J，气体的内能变化，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？量是多少？内能是增加了还是减少了？请你通过这个例子总结请你通过这个例子总结U
3、、Q、W几个量取正、几个量取正、负值的意义。负值的意义。定律中各量的正、负号及含义三、应用三、应用 例题：一定量的气体从外界吸收了例题：一定量的气体从外界吸收了2.6102.6105 5J J的热量，内能增加了的热量，内能增加了4.2 104.2 105 5J J。是气体对外界做了功，还是外界对气体做了是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？功？做了多少焦耳的功？解：解：根据根据U=W+Q 得得W=U Q=4.2 105J 2.6105J=1.6105J W为正值，外界对气体做功，做了为正值，外界对气体做功，做了1.6105J 的功。的功。解：解：同理可得：同理可得：W =
4、U Q =1.6 105J 2.6105J=1.0105J W为负值，说明气体对外为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了界做功（气体体积变大），做了1.0105J 的功。的功。如果气体吸收的热量仍为如果气体吸收的热量仍为2.6102.6105 5J J不变，但不变，但内能只增加了内能只增加了1.6101.6105 5J J，这一过程做功怎样？，这一过程做功怎样？学以致用学以致用例例1、一定量的气体，从外界吸收热量一定量的气体，从外界吸收热量2.7105J，内能增加内能增加4.3105J。在这一过程中，是气体对外做。在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？功，还是
5、外界对气体做功？做了多少功？解析：解析：Q=+2.7105JU=+4.3105JUW+Q得：得：W=1.6105J 0四、能量守恒定律四、能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消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形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律这就是能量守恒定律.五、永动机不可能制成五、永动机不可能制成永动机：永动机：不消耗任何能量，却可以源不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动源不断地对外做功
6、，这种机器叫永动机机.人们把这种不消耗能量的永动机叫人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机第一类永动机.（不吃草的马）（不吃草的马）根据能量守恒定律，任何一部机器，根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，形式，而不能无中生有地制造能量，因此因此第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的.第十章第十章 热力学定律热力学定律10.4 10.4 热力学第二定律热力学第二定律问题问题能量守恒定律告诉我们：能量守恒定律告诉我们：在在自然界发生的一切过程中能量都在在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的是守
7、恒的满足能量守恒的过程是否都能实现呢？满足能量守恒的过程是否都能实现呢？思考与讨论：P57结论结论1.热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。是不可逆的。结论结论2.扩散现象进行是有方向的扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。过程是不可逆的。结论结论3.功可以自动转化为热，但热却不能自动转化功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。可逆的。结论结论4.气体膨胀气体膨胀(绝热自由膨胀绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。的过程是不可逆的。一一.自然过程的方向自然过程的方
8、向结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动膨胀、扩散、有摩擦的机械运动都有都有特定方向。也就是说，特定方向。也就是说，一切与热现象有关一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。的宏观自然过程都是不可逆的。克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。（1）克劳修斯表述：）克劳修斯表述：热量不能自发地从热量不能自发地从低温物体传到高温物体低温物体传到高温物体.二二.热力学第二定律热力学第二定律高温高温低温低温理解理解“自发：自发：”：
9、当当两两个个物物体体接接触触时时，不不需需要要第第三三者者介介入入、不不会会对对任任何何第第三三者者产产生生影影响响，热热量量就就能能从从一个物体传递到另外一个物体。一个物体传递到另外一个物体。低温低温高温高温自发自发自发自发 电冰箱的内部温电冰箱的内部温度比外部温度低，为度比外部温度低，为什么致冷系统还能不什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给断地把箱内热量传给外界的空气？外界的空气？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？因为电冰箱消耗了电因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量就不
10、能把其内部的热量传给外界的空气了相传给外界的空气了相反，外界的热量会自发反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温地传给电冰箱，使其温度逐渐升高度逐渐升高 贮藏的贮藏的食品食品大气大气电冰箱制电冰箱制冷系统冷系统即：热量不可能从低温物体传到高温物即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。体而不产生其他影响。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个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，但是向相反的方向却不能自发地方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生
11、其它影响或引起其它变化。而产生其它影响或引起其它变化。热机热机：是一种把：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。(汽油汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）一阶段：一阶段：燃料燃烧产生热量燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）（高温热源）（燃燃料中化学能转化为工作物质的内能）料中化学能转化为工作物质的内能）二阶段：二阶段：推动活塞对外做推动活塞对外做功功 W（工作物质内能工作物质内能变成机械能）变成机械能）热机能流图热机能流图燃料产生燃料产生的热量的热量Q输出机输出机械功械功W漏气热损漏气热损散热热损散热热损摩擦热损摩擦热损工作原理和过程：工
12、作原理和过程：机械能与内能转化的方向性的进一步讨论机械能与内能转化的方向性的进一步讨论效率效率：由能量守恒定律知道：由能量守恒定律知道 Q1=W+Q2 热机的效率：热机的效率：高温热库高温热库低温热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机热机W热机的效率小热机的效率小于于100%，因为，因为不可能把从高不可能把从高温热源吸收的温热源吸收的热量全部转化热量全部转化为机械能为机械能，总，总有一部分热量有一部分热量散发到冷凝器散发到冷凝器或大气中。或大气中。热机工作时的能流分配热机工作时的能流分配例如，利用热机例如，利用热机循环循环，吸热可对外作出功来吸热可对外作出功来但实际但实际热机的循环除了热变功
13、外，还必定有一定的热量从高热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了。体的体积增大了。（2）开开尔尔文文表表述述：不不可可能能从从单单一一热热源源吸吸取取热热量，使之完全变成功，而量，使之完全变成功，而不产生其他影响不产生其他影响。二二.
14、热力学第二定律的另一种表述热力学第二定律的另一种表述 开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。用来做功以转换成机械能。定律的两种表述 不可能将热量从低温物体不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会即热量不会自发地从低温物体传到高温物体自发地从低温物体传到高温物体）。）。不可能从单一热源吸取热不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。对热力学第二定
15、律的理解对热力学第二定律的理解1.两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律述都称为热力学第二定律2.对任何一类对任何一类宏观过程宏观过程进行方向的说明，都进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。气体向真空的自由膨胀是不可逆的。3.热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律是独立于热力学第一定律的一个重要自然规
16、律第二类永动机第二类永动机1.第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而量，全部用来做功而不引起其它变化不引起其它变化叫做第二类永动机。叫做第二类永动机。2.第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在能却不能在不引起其他变化不引起其他变化全部转化成机械能全部转化成机械能3.第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。热力学第二定律。热力学第二定律的另一种表述就热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。是：第二类永动机不可能制成。谢谢