【物理】10.3-熱力學(xué)第一定律-能量守恒定律(人教版選修3-3)課件

1、改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對內(nèi)對外對外吸熱吸熱放熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）WU QU 絕熱過程絕熱過程WU 僅傳熱過程僅傳熱過程QU 如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化內(nèi)能的變化U與熱量及做的功之間又有什么關(guān)系呢？與熱量及做的功之間又有什么關(guān)系呢？ 一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增加量等于外界一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增加量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，這個關(guān)系叫做和，這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一

2、定律. .U U 物體內(nèi)能的增加量物體內(nèi)能的增加量 W W 外界對物體做的功外界對物體做的功 Q Q 物體吸收的熱量物體吸收的熱量 UW + Q思考與討論：思考與討論：一定量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做一定量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時做的功功還是氣體對外界做功？如果膨脹時做的功是是135J135J，同時向外放熱，同時向外放熱85J85J，氣體的內(nèi)能變化，氣體的內(nèi)能變化量是多少？內(nèi)能是增加了還是減少了？量是多少？內(nèi)能是增加了還是減少了？請你通過這個例子總結(jié)請你通過這個例子總結(jié)U、 Q、 W幾個量取正、幾個量取正、負(fù)值的意義。負(fù)值的意義。物理量物理量 符號

3、符號意義意義符符號號意義意義W W+ +外界對系外界對系統(tǒng)做功統(tǒng)做功系統(tǒng)對外系統(tǒng)對外界做功界做功Q Q+ +系統(tǒng)吸收系統(tǒng)吸收熱量熱量系統(tǒng)放出系統(tǒng)放出熱量熱量UU+ +內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少 例題：一定量的氣體從外界吸收了例題：一定量的氣體從外界吸收了2.62.610105 5J J的熱量，內(nèi)能增加了的熱量，內(nèi)能增加了4.2 4.2 10105 5J J。是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？功？做了多少焦耳的功？解：根據(jù)解：根據(jù)U = W + Q 得得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W

4、為正值，外界對氣體做功，做了為正值，外界對氣體做功，做了1.6105J 的功。的功。解：同理可得：解：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W為負(fù)值，說明氣體對為負(fù)值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了外界做功（氣體體積變大），做了1.0105J 的功。的功。如果氣體吸收的熱量仍為如果氣體吸收的熱量仍為2.62.610105 5J J不變，但不變，但內(nèi)能只增加了內(nèi)能只增加了1.61.610105 5J J，這一過程做功怎樣？，這一過程做功怎樣？學(xué)以致用學(xué)以致用例例1、一定量的氣體，從外界吸收熱量一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7105J， 內(nèi)能增

5、加內(nèi)能增加4.3105J。在這一過程中，是氣體對外做。在這一過程中，是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？功，還是外界對氣體做功？做了多少功？解析：解析：Q=+2.7105JU=+4.3105JUW + Q得：得： W=1.6105J 0能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是能量守恒定律這就是能量守恒定律. .第十章第十章 熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律10.4 10.

6、4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律問題問題能量守恒定律告訴我們：能量守恒定律告訴我們：在在自然界發(fā)生的一切過程中能量都在在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的是守恒的滿足能量守恒的過程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？滿足能量守恒的過程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？思考與討論：P57一一. .自然過程的方向自然過程的方向結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動都有都有特定方向。也就是說，特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。的宏

7、觀自然過程都是不可逆的?？藙谛匏贡硎鲋该鳠醾鲗?dǎo)過程是不可逆的?？藙谛匏贡硎鲋该鳠醾鲗?dǎo)過程是不可逆的。（1）克勞修斯表述：）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體低溫物體傳到高溫物體. 二二.熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律高溫高溫低溫低溫理解理解“自發(fā)：自發(fā)：”：當(dāng)兩個物體接觸時，不需要第三者介入、當(dāng)兩個物體接觸時，不需要第三者介入、不會對任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從不會對任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從一個物體傳遞到另外一個物體。一個物體傳遞到另外一個物體。低溫低溫高溫高溫自發(fā)自發(fā)自發(fā)自發(fā) 電冰箱的內(nèi)部溫電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還

8、能不什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？外界的空氣？電冰箱工作時違反熱力學(xué)第二定律嗎？電冰箱工作時違反熱力學(xué)第二定律嗎？ 因?yàn)殡姳湎牧穗娨驗(yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢χ评湎到y(tǒng)做了功，能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了相傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會自發(fā)反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高度逐漸升高 貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制電冰箱制冷系統(tǒng)冷系統(tǒng)即：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物即：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。體而不

9、產(chǎn)生其他影響。 熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。熱機(jī)熱機(jī)：是一種把：是一種把內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的裝置。的裝置。( (汽油汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等）機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等）一階段：一階段：燃料燃燒產(chǎn)生熱量燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫?zé)嵩矗ǜ邷責(zé)嵩矗ㄈ既剂?/p>

10、中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能）料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能）二階段：二階段：推動活塞對外做推動活塞對外做功功 W（工作物質(zhì)內(nèi)能工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能）變成機(jī)械能）熱機(jī)能流圖熱機(jī)能流圖燃料產(chǎn)生燃料產(chǎn)生的熱量的熱量Q輸出機(jī)輸出機(jī)械功械功W漏氣熱損漏氣熱損散熱熱損散熱熱損摩擦熱損摩擦熱損工作原理和過程：工作原理和過程：機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論效率效率：由能量守恒定律知道：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機(jī)的效率：熱機(jī)的效率：1QW 高溫?zé)釒旄邷責(zé)釒斓蜏責(zé)釒斓蜏責(zé)釒霶1Q2對外做功對外做功熱機(jī)熱機(jī)W熱機(jī)的效率小熱機(jī)的效率小于于100%，因?yàn)?/p>

11、，因?yàn)椴豢赡馨褟母卟豢赡馨褟母邷責(zé)嵩次盏臏責(zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能為機(jī)械能，總，總有一部分熱量有一部分熱量散發(fā)到冷凝器散發(fā)到冷凝器或大氣中。或大氣中。熱機(jī)工作時的能流分配熱機(jī)工作時的能流分配例如，利用熱機(jī)例如，利用熱機(jī)循環(huán)循環(huán)，吸熱可對外作出功來吸熱可對外作出功來但實(shí)際但實(shí)際熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?，即產(chǎn)生了其它效果。溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?，即產(chǎn)生了其它效果。 熱全部變?yōu)楣Φ倪^程熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完溫膨

12、脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結(jié)束時，氣全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結(jié)束時，氣體的體積增大了。體的體積增大了。 （2）開爾文表述：）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成功，而量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響。二二.熱力學(xué)第二定律的另一種表述熱力學(xué)第二定律的另一種表述 開爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性開爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。定律的兩種表述 對熱力

13、學(xué)第二定律的理解對熱力學(xué)第二定律的理解1.兩種表述是等價的兩種表述是等價的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律述都稱為熱力學(xué)第二定律2.對任何一類對任何一類宏觀過程宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。3.熱力學(xué)第二定律的意義熱力學(xué)第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要

14、自然規(guī)律律第二類永動機(jī)第二類永動機(jī) 1.第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而量，全部用來做功而不引起其它變化不引起其它變化叫做第二類永動機(jī)。叫做第二類永動機(jī)。 2.第二類永動機(jī)不可能制成！表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化第二類永動機(jī)不可能制成！表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)過程具有方向性盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能在能卻不能在不引起其他變化不引起其他變化全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 3.第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī) 它們都不可能制成，第一類永動機(jī)的設(shè)想違反了能量守它們都不可能制成，第一類永動機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，恒定律；第二類永動機(jī)的設(shè)想雖不違