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,*,第,1,节,热力学第一定律,能量的转化与守恒,学习目标导航,1,知道热力学第一定律的内容及其表达式,2,理解能量守恒定律的内容,3,了解第一类永动机不可能制成的原因,1.,热力学第一定律,（,1,）,.,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。这个关系叫做热力学第一定律。,(2),其数学表达式为：,U=W+Q,(3),与热力学第一定律相匹配的符号法则,做功,W,热量,Q,内能的改变,U,取正值,“,+,”,外界对系统做功,系统从外界吸收热量,系统的内能增加,取负值,“”,系统对外界做功,系统向外界放出热量,系统的内能减少,热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。,应用热力学第一定律解题的一般步骤：,根据符号法则写出各已知量（,W,、,Q,、,U,）的正、负；,根据方程,U=W+Q,求出未知量；,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。,例,1.,一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了,810,4,J,的功，气体的内能减少了,1.210,5,J,，则下列各式中正确的是 （）,A.W=810,4,J U=1.210,5,J Q=410,4,J,B.W=810,4,J U=,1.210,5,J Q=,210,5,J,C.W=,810,4,J U=1.210,5,J Q=210,4,J,D.W=,810,4,J U=,1.210,5,J Q=,410,4,J,B,友情提示,：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则。,例,2.,一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功,300J,，但这一过程中气体的内能减少了,300J,，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？,解析：由题意可知，,W=300J,，,U=,300J,，根据热力学第一定律可得,Q=U,W=,300J,300J=,600J,Q,为负值表示气体放热，因此气体放出,600J,的热量。,友情提示,：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则及其物理意义。,2.,能量守恒定律,.,自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。,.,不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。,.,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其总量不变。这就是能量守恒定律。,(4).,热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。,(5).,能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。,(6).,能量守恒定律的重要意义,:,第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。,第二，宣告了第一类永动机的失败。,3.,第一类永动机不可能实现的,任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。,思考：,有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？,提示：不是永动机。能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而储存的。,思考,2,在一间隔热很好的密闭房间里放一台电冰箱，如果把冰箱门打开，开动一段时间后，房内温度是降低还是升高？,提示：升高了。因为电冰箱消耗电能，产生电热，使密闭房间内的空气内能增加，房内温度升高。,课堂训练：,1,关于物体内能的变化，以下说法正确的是 （）,A.,物体吸热，内能一定增大,B.,物体对外做功，内能可能增大,C.,物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变,D.,物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,2,自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是 （）,A.,秋千的机械能守恒,B.,秋千的能量正在消失,C.,只有动能和重力势能的相互转化,D.,减少的机械能转化为内能，但总能量守恒,对于在一个大气压下,100,的水变成,100,的水蒸气的过程中，下列说法正确的是 （）,A.,水的内能增加，对外界做功，一定是吸热,B.,水的内能不变，对外界做功，从外界吸热,C.,水的内能减少，对外界不做功，向外界放热,D.,水的内能增加，对外界做功，向外界放热,图所示是一定质量的理想气体从状态,A,经,B,至,C,的,P,图线，则在此过程中（）,A.,气体的内能改变,B.,气体的体积增大,C.,气体向外界放热,D.,外界对气体做功,C,一定质量的气体从外界吸收了,4.210,5,J,的热量，同时气体对外做了,610,5,J,的功，问：,（,1,）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？,（,2,）分子势能是增加还是减少？,（,3,）分子的平均动能是增加还是减少？,解析：（,1,）气体从外界吸热为：,Q=4.210,5,J,气体对外做功：,W=,610,5,J,由热力学第一定律：,U=W+Q=,（,610,5,）,+,（,4.210,5,J,）,=,1.810,5,J,U,为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了,1.810,5,J,。,（,2,）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。,（,3,）因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了,课后作业布置：,：，,1,再见,