课时3　热力学定律

见《自学听讲》P236

　　1.热力学第一定律

　　(1)热力学第一定律: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。

　　表达式:ΔU=Q+W。

　　(2)应用热力学第一定律解题的法宝就是一定要熟记、记准符号法则。对理想气体而言,温度只与内能有关,温度升高,内能增加,ΔU>0;温度降低,内能减少,ΔU<0。从外界吸收热量Q>0,有促使内能增加的可能;向外界放出热量Q<0,有促使内能减少的可能;若系统与外界绝热,则Q=0,既不吸热,也不放热。外界对气体做功,W>0,有促使内能增大的可能;气体对外界做功,W<0,有促使内能减少的可能。

　　【温馨提示】　理想气体内能变化的分析思路

　　①由体积变化分析气体做功情况:体积膨胀,气体对外做功;气体被压缩,外界对气体做功。

　　②由温度变化判断气体内能变化:温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能减小。

　　③由热力学第一定律ΔU=W+Q判断气体是吸热还是放热。

　　2.能量守恒定律

　　(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能,分子运动具有内能,电荷的运动具有电能,原子核内部的运动具有原子能,等等。

　　(2)不同形式的能量之间可以相互转化:摩擦生热是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能,等等。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。

　　(3)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,或者是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。条件性:能量守恒定律是自然界的普遍规律,但某一系统或某一种形式的能是否守恒则是有条件的。

3.热力学第二定律

　　(1)热力学第二定律的两种表述

　　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)用熵的概念表示热力学第二定律:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。

　　(3)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进行。

　　(4)曾经有人设计一类机器,希望它从高温热库(例如锅炉)吸取热量后全部用来做功,不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗?这种机器不违背能量守恒定律,但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热,同时不间断地做功的永动机叫第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。

　　【温馨提示】　热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒,而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以发生,哪些不可能发生,例如,第二类永动机不可能实现,热机效率不可能是100%,热现象过程中能量耗散是不可避免的,实际的宏观的热现象过程是不可逆的。