内能热力学第一定律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,功和内能热和内能,.,热力学第一定律 能量守恒定律,一、,系统,1、热力学系统：,热学研究的对象称为热力学系统，简称系统。,封闭系统：,与外界既有能量交换，但无物质交换的系统。,敞开系统：,与外界可以自由进行能量交换和物质交换的系统。,孤立系统：,与,外界既无能量交换又无物质交换的系统。,结论：,做功使得物体（密闭气体）温度升高,焦耳,1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。,二,、焦耳的实验,系统只由于外界对它做功而与外界交换能量,它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程,。,绝热过程：,焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验,焦耳二个代表性实验：,焦耳热功当量实验装置机械功,实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。,焦耳二个代表性实验：,焦耳热功当量实验装置电功,实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。,从焦耳的实验中可以得出什么结论？,1、,在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与,做功方式,无关，仅与,做功数量,有关。,2.测出了,热功当量,（热与机械功之间的当量关系），为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。,在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的,始末两个状态,决定，不依赖于做功的,具体过程和方式,。,功是能量转化的量度,内能,U,：,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。,三,、内能,（1）系统的,内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定,。,（2）,内能的增加量UU,2,U,1,等于外界对系统所做的功,UW,（3）,物体的内能大，并不意味着做功多在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多,外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少,K,10-1-2,a,b,c,d,气体A,气体C,四、热传递,1,、,两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递,。,2,、热传递的三种方式：,热传导,、,热对流,、,热辐射,热传导,热沿着物体传递的方式,。,不同物质传到热的能力各不相同,。,热对流,靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式,。,热辐射,热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线,辅,射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。,3.热传递的实质：,在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即Q放= -U,热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。,4传递的热量与内能改变的关系,在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少。即U= Q吸,5,、,热传递具有方向性,。,热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发的从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。,五,、热和内能,1,、,在外界对系统没有做功的情况下，,内能和热量之间有什么样的关系呢？,U,Q,即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量,做功,热传递,对内,对外,吸热,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）,六、,改变物体内能的,两种方式,是不同物体或同一物体不同部分内能的转移,内能和其他形式能的转化,做功和热传递在改变物体的内能上是等效的,热力学第一定律,一个物体，如果跟外界同时发生做功和热传递的过程,物体内能的增加为,U,=,W,+,Q,上式在物理学中叫做,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功的和,七、热力学第一定律,(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功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U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。,(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。,几种特殊情况,定律中各量的正、负号及含义,热力学第一定律,U=W+Q,外界对系统做功,（系统的体积减小）,系统对外界做功,（系统的体积增大）,系统吸收热量,系统放出热量,系统内能增加,系统内能减少,四个理想,气体,热学过程,增大,减小,不变,不变,放热,+,增大,不变,升高,增加,0,吸热,减小,不变,降低,减少,放热,+,0,减小,增大,升高,增加,+,1836年俄国化学家盖斯,18411842年德国医生J.R.迈尔,德国科学家H.亥姆霍兹,八、,能量守恒定律,1.定律内容：,2.物理意义：,能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只,能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物,体转移到别一个物体，在转化和转移的过程中,其总量保持不变。,首先是各种形式能量间的转化，其次是转化中,的守恒。,对能量守恒定律的理解,2.当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通,过_实现的。这种转化意味着物质运动可由一,种形式转化成其他形式。,做功,1.每一种物质运动形式对应一种能量。,大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的,能时，总的能量都是守恒的。,在物质运动形式不变时，能量只从物体间转,移，能的形式不会改变。,3.以焦耳的实验为基础的热力学第一定律，实际上就是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律,能量守恒定律发现的意义,1.在20世纪30年代初，W.泡利和E.费米根据能量守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实,。,2.他把原来人们认为互不相关的各种现象力学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生物的、地学的联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中。这样，他就是不同领域的科学工作者有了一系列的共同语言。现在，能量守恒定律仍是我们研究自然科学的强有力的武器。,3.能量转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。,永动机不可能制成,历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为永动机，又叫第一类永动机。,“,温度,”,、,“,热量,”,、,“,功,”,、,“,内能,”,的辨析,1内能和温度,2内能和热量,从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志物体的温度升高，其内能一定增加但物体吸收热量内能增加时，温度却不一定升高,1,)热量的概念在涉及能量传递时才有意义我们不能说一个物体具有多少热量，只能说在传热过程中物体吸收或放出了多少热量,3,热量和做功,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，功也可以通过系统过程转化为热量，但它们之间有着本质的区别,2)在单纯传热的过程中，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减小，热量是内能改变的量度,