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热力学定律与能量守恒

热力学定律与能量守恒
热力学定律与能量守恒

第38课·热力学定律与能量守恒

1.对热力学第一定律的理解

a.绝热系统中可根据ΔU=W判断内能变化

(1)(多选)(优质试题5分)如图所示,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()

A.气体自发扩散前后内能相同

B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散过程中,气体对外界做功

D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功

E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变

答案:ABD

解析:气体向真空扩散过程中不对外做功,且又因为汽缸绝热,可知气体自发扩散前后内能相同,故A项正确,C项错误。气体在被压缩

的过程中,活塞对气体做功,因此气体内能增加,故B项、D项均正确。气体在被压缩的过程中,因气体内能增加,则温度升高,气体分子的平均动能增加,故E项错误。

b.根据ΔU=Q+W判断内能变化

(2)(优质试题,6分)下列说法正确的是()

A.物体放出热量,其内能一定减小

B.物体对外做功,其内能一定减小

C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加

D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变

答案:C

解析:物体放出热量,若外界对物体做的功大于其放出的热量,内能可能增加,故A项错误。物体对外做功,若同时从外界吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故B项错误。物体吸收热量,同时对外做功,若物体吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故C项正确。物体放出热量,Q<0,同时对外做功,W<0,则ΔU<0,内能一定减少,故D项错误。

2.对热力学第二定律的理解

a.根据“自发”和“不产生其他影响”进行相关判断

(3)(多选)(优质试题分)根据热力学定律,下列说法正确的是() A.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体(优质试题

B.热量只能从高温物体向低温物体传递(2008四川理综)

C.根据热力学定律,热机的效率可以达到100%(优质试题)

D.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功(2009四川理综)

答案:AD

解析:根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,故A项正确。热量能够从低温物体传向高温物体,但要产生其他影响,故B项错误。根据热力学第二定律可知,热机的效率不可能达到100%,故C项错误。根据热力学第二定律,物体从单一热源吸收的热量不能全部用于做功而不产生其他影响,所以在产生其他影响的情况下物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功,故D项正确。

b.依据能量守恒与热力学第二定律判定永动机不能制成

(4)(经典题,4分)如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片,轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是()

A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量

B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高

D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

答案:D

解析:转轮转动的过程中克服摩擦力做功,转轮的速度越来越小,所以要维持转轮转动需要外力做功,故A项错误。要维持转轮转动需要外力做功,转轮转动所需能量不能由转轮自己提供,故B项错误。转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程,同时水会向四周放出热量,根据热力学第一定律可知水的内能减小,故水温降低,故C项错误。根据能量守恒定律,叶片在热水中吸收的热量一部分在空气中释放,还有一部分转化为转轮的机械能,故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量,故D项正确。

3.气体实验定律与热力学第一定律的综合应用

a.查理定律、玻意耳定律与热力学第一定律结合解题

(5)(经典题,8分)一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶

面为透明玻璃板,集热器容积为V 0,开始时内部封闭气体的压强为p 0。经过太阳曝晒,气体温度由T 0=300 K 升至T 1=350 K 。

①求此时气体的压强;

②保持T 1=350 K 不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p 0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因。

(5)答案:①76p 0(2分) ②67 (4分) 吸热,因为抽气过程中剩余气

体温度不变,故内能不变ΔU =0,而剩余气体膨胀对外做功W <0,所以根据热力学第一定律ΔU =W +Q 可知Q >0,即剩余气体要吸热。(2分)

解析:①设升温后气体的压强为p 1,由查理定律得

p 0T 0=p 1

T 1①(1分)

代入数据得

p 1=T 1T 0

p 0=76p 0②(1分) ②抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为V ,由玻意耳定律得

p 1V 0=p 0V ③(1分)

联立②③式得

V =76V 0④(1分)

设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k ,由题意得 k =V 0V ⑤(1分)

联立④⑤式得

k =67⑥(1分)

吸热,因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变ΔU =0,而剩余气体膨胀对外做功W <0,所以根据热力学第一定律ΔU =W +Q 可知Q >0,即剩余气体要吸热。(2分)

b .理想气体状态方程pV T =C 与热力学第一定律结合解题

(6)(优质试题,6分)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么( )

A .外界对胎内气体做功,气体内能减小

B .外界对胎内气体做功,气体内能增大

C .胎内气体对外界做功,内能减小

D .胎内气体对外界做功,内能增大

答案:D

解析:根据理想气体的状态方程pV

T=C,可知轮胎内的压强增大、体

积增大,则温度一定升高。气体的温度升高,内能一定增大。气体的体积增大的过程中,对外做功,故A项、B项、C项均错误,D项正确。

2.2热力学第一定律对理想气体的应用

§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2.2.1、等容过程 气体等容变化时,有=T P 恒量,而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中,气体吸收的热量全部用于增加内能,温度升高;反之,气体放出的热量是以减小内能为代价的,温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2.2.1、等压过程 气体在等压过程中,有=T V 恒量,如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知:气体等压膨胀时,从外界吸收的热量Q ,一部分用来增加内能,温度升高,另一部分用于对外作功;气体等压压缩时,外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能,都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明:1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ,这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2.2.3、等温过程 气体在等温过程中,有pV =恒量。例如,气体在恒温装置内或者与大热源想

接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关,所以理想气体在等温过程中内能不变,即△E =0,因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀,压强减小,吸收的热量完全用来对外界做功;气体作等温压缩,压强增大,外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2.2.4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程,即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来,或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换,这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时,p 、V 、T 三量会同时发生变化,仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律,因Q=0,有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时,外界所作的功全部用来增加气体内能,体积变小、温度升高、压强增大;气体绝热膨胀时,气体对外做功是以减小内能为代价的,此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例:0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中,①体积保持不变,②压强保持不变;③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量,吸收的热量,外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量,且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为: J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?

第二章-热力学第一定律--题加答案

第二章热力学第一定律 1. 始态为25 °C,200 kPa的5 mol某理想气体,经途径a,b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到-28.47 °C,100 kPa,步骤的功;再恒容加热到压力 200 kPa的末态,步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。(天大2.5题) 解:先确定系统的始、末态 对于途径b,其功为 根据热力学第一定律 2. 2 mol某理想气体,。由始态100 kPa,50 dm3,先恒容加热使压力增大到200 dm3,再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的。(天大2.10 题) 解:过程图示如下 由于,则,对有理想气体和只是温度的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程,因此计算功是方便的

根据热力学第一定律 3. 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5 mol,摩尔分数,始态温 度,压力。今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平 衡态。求末态温度及过程的。(天大2.18题) 解:过程图示如下 分析:因为是绝热过程,过程热力学能的变化等于系统与环境间以功的形势所交换的能量。因此, 单原子分子,双原子分子 由于对理想气体U和H均只是温度的函数,所以 4. 1.00mol(单原子分子)理想气体,由10.1kPa、300K按下列两种不同的途 径压缩到25.3kPa、300K,试计算并比较两途径的Q、W、ΔU及ΔH。

(1)等压冷却,然后经过等容加热; (2)等容加热,然后经过等压冷却。 解:C p,m=2.5R, C V,m=1.5R (1) 10.1kPa、300K 10.1kPa、119.8 25.3kPa、300K 0.2470dm30.09858 dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×2.5R×(119.8-300)+ 1.00×1.5R×(300-119.8) =-3745+2247=-1499(J) W=W1+W2=-10.1×103×(0.09858-0.2470)+0=1499(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 (2) 10.1kPa、300K 25.3kPa、751.6 25.3kPa、300K 0.2470dm30.2470dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×1.5R×(751.6-300)+ 1.00×2.5R×(300-751.6) =5632-9387=-3755(J) W=W1+W2=0-25.3×103×(0.09858-0.2470) =3755(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 计算结果表明,Q、W与途径有关,而ΔU、ΔH与途径无关。 5. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为2 mol,0 °C的单原子理想气体A,压力与恒定的环境压力相等;隔板的另一侧为6 mol,100 °C的双原子理想气体B,其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板,求系统达平衡时的T 及过程的。 解:过程图示如下 显然,在过程中A为恒压,而B为恒容,因此

物化试卷 理想气体与热力学第一定律

第二小组测试卷一 2012—2013学年第一学期 一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 物质临界点的性质与什么有关?------------------ -----------( ) A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关 C. 是物质本身的特性 D. 与外界物质有关 2. 下列说法错误的是------------------------------------------------( ) A . 压力是宏观量 B . 压力是体系微观粒子相互碰撞时动量改变量的量度 C . 压力是体系微观粒子碰撞器壁时动量改变量的量度 D . 压力是体系微观粒子一种运动行为的统计平均值 3. 范德华气体方程式中的常数a 与b 应取何值?-------------( ) A. 都大于零 B. 都小于零 C. a 大于零,b 小于零 D. a 小于零,b 大于零 4. 理想气体的分子运动论公式为 PV=3 1Nmu2 式中,u 是-( ) A. 分子平均运动速率 B. 最可几速率 C. 分子运动最大速率 D. 根均方速率 5.成年人每次呼吸大约为500ml 空气,若其压力为100kPa ,温度为20℃,则 其中有多少氧分子? --------------------------------------------( ) A . 4.305×103 mol B . 0.0205mol C . 22.32mol D . 4.69mol 6. 在同一温度下,同一气体物质的摩尔定压热容C p ,m 与摩尔定容热容C V ,m 之间的关系为-----------------------------------------------------( )。 考试科目 物理化学(上) 考试成绩 试卷类型 考试形式 闭卷 考试对象 11化本 学院—化学与材料工程--- 班级---- 06化本----- 姓名------------------------------------- 学号-------------------------------------

第3讲热力学定律与能量守恒

第3讲热力学定律与能量守恒 考点一热力学第一定律的理解及应用 1.热力学第一定律的理解 不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。 2.对公式ΔU=Q+W符号的规定 符号W Q ΔU +外界对物体做功物体吸收热量内能增加 -物体对外界做功物体放出热量内能减少 三种特殊的状态变化过程 (1)如图所示的绝热过程:有Q=0,则W=ΔU,外界对系统做的功等于系统内能的增加。 (2)不做功过程:即W=0,则Q=ΔU,系统吸收的热量等于系统内能的增加。 (3)内能不变过程:即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对系统做的功等于系统放出的热量。 [思维诊断] (1)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变。() (2)绝热过程中,外界压缩气体,对气体做功,气体的内能可能减少。() (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,能量并没有消失。() (4)热传递和做功的实质不相同。() 答案:(1)√(2)×(3)√(4)√ [题组训练] 1.[热力学第一定律与热学知识的组合](多选)下列说法中正确的是() A.尽管技术不断进步,但热机的效率仍不能达到100%,而制冷机却可以使温度降到

热力学零度 B.雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的 C.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 D.空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气压强的比值E.悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间撞击它的液体分子数越多,布朗运动越不明显 解析:热力学零度只能接近而不能达到,A错误;雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的,B正确;由热力学第一定律ΔU=Q+W知,温度每升高1 K,内能增加,但既可能是吸收热量,也可能是对气体做功使气体的内能增加,C正确;空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值,故D错误;微粒越大,某一瞬间撞击它的分子数越多,受力越容易平衡,布朗运动越不显著,E正确。 答案:BCE 2.[应用热力学第一定律定量计算] 如图所示,一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c时,吸收了340 J的热量,并对外做功120 J。若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时,对外做功40 J,则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。 解析:一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c,吸收了340 J的热量,并对外做功120 J,由热力学第一定律有ΔU=Q1+W1=340 J-120 J=220 J,即从状态a到状态c,理想气体的内能增加了220 J;若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时,对外做功40 J,此过程理想气体的内能增加还是220 J,所以可以判定此过程是吸收热量,由热力学第一定律有ΔU=Q2+W2,得Q2=ΔU-W2=220 J+40 J =260 J 答案:吸热260 J 3.[热力学第一定律与气体实验定律的综合应用]一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程,该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求:

第一章 热力学第一定律及应用练习题.

第一章 热力学第一定律及应用练习题 一、 填空:(填<、>或=) 1、理想气体的自由膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 2、理想气体的等压膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;△H △U ; 3、理想气体的等容升压:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;△H △U ; 4、理想气体的等温压缩:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;Q W ; 5、理想气体的节流膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 6、理想气体绝热抗恒外压膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 7、实际气体的绝热自由膨胀:△U 0; Q 0;W 0;△T 0; 8、实际气体的恒温自由膨胀:△U 0; Q 0;W 0;△U Q ; 9、实际气体的节流膨胀:△H 0; Q 0; 10、实际气体经循环过程恢复原状:△U 0;△H 0; 11、0℃、P 压力下冰融化为水:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 12、水蒸气通过蒸气机对外作功后恢复原状: △U 0;△H 0;Q 0;W 0;Q W ; 13、100℃、P 压力下的H 2O (l )向真空蒸发成同温同压下的蒸气: △U 0;△H 0;Q 0;W 0;△U Q ; 14、H 2(g )和O 2(g )在一绝热恒容反应器中剧烈反应生成水: △U 0; Q 0;W 0; 15、对于理想气体:V T U ??? ???? 0;P T U ??? ???? 0;T V U ??? ???? 0; T P U ??? ???? 0;V T H ??? ???? 0;P T H ??? ???? 0;T V H ??? ???? 0;

T P H ??? ???? 0;V T U ??? ???? P T U ??? ????;V T H ??? ???? P T H ??? ????; 二、单项选择题: 1.热力学第一定律的数学表达式△U =Q —W 只能适用于 (A)理想气体 ; (B)封闭物系; (C)孤立物系 ; (D)敞开物系 2、1mol 单原子理想气体,在300K 时绝热压缩到500K ,则其焓变△H 约为 (A )4157J ;(B )596J ;(C )1255J ;(D )994J 3、同一温度下,同一气体物质的等压摩尔热容Cp 与等容摩尔热容C V 之间 存在 (A )CpC V ;(C )Cp=C V ;(D )难以比较 4、对于任何循环过程,物系经历了i 步变化,则根据热力学第一定律应 该是 (A )∑i Q =0 ; (B )∑i W =0 ; (C )∑∑-][i i W Q >0 ; (D )∑∑-][i i W Q =0 ; 5、对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的? (A )0=??? ????V T U ; (B )0=??? ????T V U ; (C )0=??? ????T P H ; (D )0=??? ????T P U 6、3mol 单原子理想气体,从初态T 1=300 K ,P 1=1atm 反抗恒定的外压0.5atm 作不可逆膨胀至终态T 2=300K .P 2=0.5atm 。对于这个过程的Q 、W 、 △U 、△H 的值下列正确的是 (A )Q=W=0;(B )△U=△H=0;(C )Q=△U=0;(D )Q=△H=0 7、实际气体的节流膨胀过程中,哪一组的描述是正确的? ’· i (A )Q=0,△H=0,△P<0; (B )Q=0,△H<0,△P>0;

热力学第一定律习题及答案

热力学第一定律习题 一、单选题 1) 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有:( ) A. W =0,Q <0,?U <0 B. W <0,Q <0,?U >0 C. W <0,Q <0,?U >0 D. W <0,Q =0,?U >0 ?2) 如图,用隔板将刚性绝热壁容器分成两半,两边充入压力不等的空气(视为理想气体),已知p右> p左,将隔板抽去后: ( ) A. Q=0, W =0, ?U =0 B. Q=0, W <0, ?U >0 C. Q >0, W <0, ?U >0 D. ?U =0, Q=W??0 ?3)对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的:( ) A. (?U/?T)V=0 B. (?U/?V)T=0 C. (?H/?p)T=0 D. (?U/?p)T=0 ?4)凡是在孤立孤体系中进行的变化,其?U 和?H 的值一定是:( ) A. ?U >0, ?H >0 B. ?U =0, ?H=0 C. ?U <0, ?H <0 D. ?U =0,?H 大于、小于或等于零不能确定。 ?5)在实际气体的节流膨胀过程中,哪一组描述是正确的: ( ) A. Q >0, ?H=0, ?p < 0 B. Q=0, ?H <0, ?p >0 C. Q=0, ?H =0, ?p <0 D. Q <0, ?H =0, ?p <0 ?6)如图,叙述不正确的是:( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 ?7)?H=Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下,冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa ) ?8) 一定量的理想气体,从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态,终态体积分别为V1、V2。( ) A. V1 < V2 B. V1 = V2 C. V1 > V2 D. 无法确定 ?9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行,体系温度由T1升高到T2,则此过程的焓变?H:( ) A.小于零 B.大于零 C.等于零 D.不能确定 ?10) 对于独立粒子体系,d U=?n i d? i+?? i d n i,式中的第一项物理意义是: ( ) A. 热 B. 功 C. 能级变化 D. 无确定意义 ?11) 下述说法中哪一个正确:( ) A.热是体系中微观粒子平均平动能的量度 B.温度是体系所储存能量的量度 C.温度是体系中微观粒子平均能量的量度 D.温度是体系中微观粒子平均平动能的量度 ?12) 下图为某气体的p-V图。图中A→B为恒温可逆变化,A→C为绝热可逆变化,A→D 为多方不可逆变化。B, C, D态的体积相等。问下述个关系中哪一个错误?( ) A. T B > T C B. T C > T D C. T B > T D D. T D > T C ?13) 理想气体在恒定外压p?下从10dm3膨胀到16dm3, 同时吸热126J。计算此气体的??U。( ) A. -284J B. 842J C. -482J D. 482J ?14) 在体系温度恒定的变化过程中,体系与环境之间:( ) A.一定产生热交换 B.一定不产生热交换 C.不一定产生热交换 D. 温度恒定与热交换无关

第3讲 热力学定律与能量守恒定律

第3讲热力学定律与能量守恒定律 知识要点 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功;(2)热传递。 2.热力学第一定律 (1)内容: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。 (2)表达式:ΔU=Q+W。 (3)ΔU=Q+W中正、负号法则: 物理量 意义 W Q ΔU 符号 +外界对物体做功物体吸收热量内能增加 -物体对外界做功物体放出热量内能减少 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。 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.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。 三、能量守恒定律 1.内容

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。 2.条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律,某一种形式的能是否守恒是有条件的。 3.第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。 基础诊断 1.(多选)下列说法正确的是() A.外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变 B.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机 E.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,其分子之间的势能增加 答案ABE 2.(多选)下列说法正确的是() A.分子间距离增大时,分子间的引力减小,斥力增大 B.当分子间的作用力表现为斥力时,随分子间距离的减小分子势能增大 C.一定质量的理想气体发生等温膨胀,一定从外界吸收热量 D.一定质量的理想气体发生等压膨胀,一定向外界放出热量 E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度 解析分子间距离增大时,分子间的引力、斥力都减小,A错误;当分子间的作用力表现为斥力时,随分子间距离的减小,斥力做负功,分子势能增大,B正确;等温膨胀,温度不变,气体内能不变,体积增大,对外做功,要保持内能不变,所以需要从外界吸收热量,C正确;等压膨胀,压强不变,体积增大,根据公式 pV =C可得温度升高,内能增大,需要吸收热量,故D错误;熵的物理意义反T 映了宏观过程对应的微观状态的多少,标志着宏观状态的无序程度,即熵是物体内分子运动无序程度的量度,E正确。

热力学第一定律与能量守恒定律

热力学第一定律与能量守恒定律 1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定律是标量式,应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳. 2.三种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加; (2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加; (3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量. 例1关于气体的内能,下列说法正确的是() A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同 B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大 C.气体被压缩时,内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加 答案CDE 解析质量和温度都相同的气体,虽然分子平均动能相同,但是不同的气体,其摩尔质量不同,即分子个数不同,所以分子总动能不一定相同,A错误;宏观运动和微观运动没有关系, 所以宏观运动速度大,内能不一定大,B错误;根据pV T=C可知,如果等温压缩,则内能不 变;等压膨胀,温度增大,内能一定增大,C、E正确;理想气体的分子势能为零,所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关,而分子平均动能和温度有关,D正确.练习题 1.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是() A.保持气体的压强不变,改变其体积,可以实现其内能不变 B.保持气体的压强不变,改变其温度,可以实现其内能不变 C.若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变 D.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E.当气体体积逐渐增大时,气体的内能一定减小 答案CD

高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒

高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒 (含标准答案及解析) 时间:45分钟分值:100分 1.下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是() A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律 B.能量耗散过程中能量不守恒 C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 2.根据热力学第二定律,下列说法中正确的是() A.热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体 B.热量能够从高温物体传到低温物体,也可能从低温物体传到高温物体 C.机械能可以全部转化为内能,但内能不可能全部转化为机械能 D.机械能可以全部转化为内能,内能也可能全部转化为机械能 3.关于一定量的气体,下列叙述正确的是() A.气体吸收的热量可以完全转化为功 B.气体体积增大时,其内能一定减少 C.气体从外界吸收热量,其内能一定增加 D.外界对气体做功,气体内能可能减少 4.(2013·东北三校二模)一个气泡从湖底缓慢上升到湖面,在上升的过程中温度逐渐升高,气泡内气体可视为理想气体,在此过程中,关于气泡内气体下列说法正确的是() A.气体分子平均动能变小 B.气体吸收热量 C.气体对外做功 D.气体内能增加 5.(2012·高考广东卷)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃,对筒内封闭的气体,在此压缩过程中() A.气体温度升高,压强不变 B.气体温度升高,压强变大 C.气体对外界做正功,气体内能增加 D.外界对气体做正功,气体内能减少 6.(2011·高考重庆卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体() A.对外做正功,分子的平均动能减小 B.对外做正功,内能增大 C.对外做负功,分子的平均动能增大 D.对外做负功,内能减小

第二章热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确,并简述判断的依据 (1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。 答:是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 (2)状态改变后,状态函数一定都改变。 答:是错的。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得 变。 (3)因为ΔU=Q V ,ΔH=Q p ,所以Q V ,Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是错的。?U ,?H 本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与Q V ,Q p 的数值相等,所以Q V ,Q p 不是状态函数。 (4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从 外界吸收热量。 答:是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+,它不仅说明热力学能(ΔU )、热(Q )和 功(W )之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热,也可转化为热力学能系。 (5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Q p =0 答:是错的。这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即W f ≠0,所以ΔH≠Q p 。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q 1,焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q 2,焓变为ΔH 2,则ΔH 1=ΔH 2。 答:是对的。Q 是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q 值不同,焓(H )是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题,并说明原因 (1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火 车的速度加快? 答?不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

高中物理考试热力学定律与能量守恒定律

选修3-3 第3讲 一、选择题 1.有关“温度”的概念,下列说法中正确的是( ) A.温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B.温度是分子平均动能的标志 C.一定质量的某种物质,内能增加,温度一定升高 D.温度较高的物体,每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大 [答案] B [解析] 温度是分子平均动能的标志,但不能反映每个分子的运动情况,所以A、D错误,由ΔU=Q+W可知C错,故选项B正确. 2.第二类永动机不可能制成,这是因为( ) A.违背了能量守恒定律 B.热量总是从高温物体传递到低温物体 C.机械能不能全部转变为内能 D.内能不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化 [答案] D [解析] 第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律,但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律,所以不可能制成,选项D正确. 3.(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面.在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体( ) A.从外界吸热B.对外界做负功 C.分子平均动能减小D.内能增加 [答案] A [解析] 该题考查了热力学定律,由于车胎内温度保持不变,故分子的平均动能不变,内能不变,放水过程中体积增大对外做功,由热力学第一定律可知,胎内气体吸热.A选项正确. 4.如图所示,两相同的容器装同体积的水和水银,A、B两球完全 相同,分别浸没在水和水银的同一深度,A、B两球用同一种特殊的材料 制成,当温度稍升高时,球的体积会明显变大.如果开始时水和水银的 温度相同,且两液体同时缓慢地升高同一值,两球膨胀后,体积相等, 则( ) A.A球吸收的热量较多 B.B球吸收的热量较多

02章 热力学第一定律及其应用

第二章热力学第一定律及其应用 1. 如果一个体重为70kg的人能将40g巧克力的燃烧热(628 kJ) 完全转变为垂直位移所要作的功 ,那么这点热量可支持他爬多少高度? 2. 在291K和下,1 mol Zn(s)溶于足量稀盐酸中,置换出1 mol H2并放热152 kJ。若以Zn和盐酸为体系,求该反应所作的功及体系内能的变化。 3.理想气体等温可逆膨胀,体积从V1胀大到10V1,对外作了41.85 kJ的功,体系的起始压力为202.65 kPa。 (1)求V1。 (2)若气体的量为2 mol ,试求体系的温度。 4.在101.325 kPa及423K时,将1 mol NH3等温压缩到体积等于10 dm3, 求最少需作多少功? (1)假定是理想气体。 (2)假定服从于范德华方程式。 已知范氏常数a=0.417 Pa·m6·mol-2, b=3.71× m3/mol. 5.已知在373K和101.325 kPa时,1 kg H2O(l)的体积为1.043 dm3,1 kg水气的体积为1677 dm3,水的 =40.63 kJ/mol 。当1 mol H2O(l),在373 K 和外压为时完全蒸发成水蒸气时,求 (1)蒸发过程中体系对环境所作的功。 (2)假定液态水的体积忽略而不计,试求蒸发过程中的功,并计算所得结果的百分误差。 (3)假定把蒸汽看作理想气体,且略去液态水的体积,求体系所作的功。(4)求(1)中变化的和。 (5)解释何故蒸发热大于体系所作的功? 6.在273.16K 和101.325 kPa时,1 mol的冰熔化为水,计算过程中的功。

已知在该情况下冰和水的密度分别为917 kg·m-3和1000 kg·m-3。 7.10mol的气体(设为理想气体),压力为1013.25 kPa,温度为300 K,分别求出等温时下列过程的功: (1)在空气中(压力为101.325 kPa)体积胀大1 dm3。 (2)在空气中膨胀到气体压力也是101.325 kPa。 (3)等温可逆膨胀至气体的压力为101.325 kPa。 8.273.2K,压力为5×101.325 kPa的N2气2 dm3,在外压为101.325 kPa下等温膨胀,直到N2气的压力也等于101.325 kPa为止。 求过程中的W,ΔU ,ΔH 和Q。假定气体是理想气体。 9.0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为气体。已知蒸发热为858kJ/kg.蒸汽的比容为0.607 m3/kg。 试求过程的ΔU ,ΔH,Q,W(计算时略去液体的体积)。 10. 1× kg水在373K,101.325 kPa压力时,经下列不同的过程变为373 K, 压力的汽,请分别求出各个过程的W,ΔU ,ΔH 和Q 值。 (1)在373K,101.325 kPa压力下变成同温,同压的汽。 (2)先在373K,外压为0.5×101.325 kPa下变为汽,然后加压成373K,101.325 kPa压力的汽。 (3)把这个水突然放进恒温373K的真空箱中,控制容积使终态为101.325 kPa 压力的汽。 已知水的汽化热为2259 kJ/kg。 11. 一摩尔单原子理想气体,始态为2×101.325 kPa,11.2 dm3,经pT=常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325 kPa,已知C(V,m)=3/2 R。求: (1)终态的体积和温度。 (2)ΔU 和ΔH 。 (3)所作的功。

第二章 热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问ΔU,Q,W为正为负还是为零? (1)以电炉丝为系统; (2)以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:(1) 吸收40J;(2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4.2xl05J的热量,如果以礼堂中的空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其ΔU=? [答案:1.3×l08J;0] 3一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热? [答案:放热401000J] 4 体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干? [答案:9441J] 5 在25℃下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2×106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:–1.33×104J;4.20×103J] 6 计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3;始态及终态温度均为100℃。 (1)向真空膨胀; (2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4)定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题? [答案:0;2326J;310l J;4299J] 习题10试证明对遵守范德华方程的1mol实际气体来说,其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。

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[随堂巩固提升] 1.关于一定量的气体,下列叙述正确的是( ) A .气体吸收的热量可以完全转化为功 B .气体体积增大时,其内能一定减少 C .气体从外界吸收热量,其内能一定增加 D .外界对气体做功,气体内能可能减少 解析:选AD 由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功,但通过其他方法可以全部转化为功,故A 正确;气体体积增大,对外做功,若同时伴随有吸热,其内能不一定减少,B 错误;气体从外界吸热,若同时伴随有做功,其内能不一定增加,C 错误;外界对气体做功,同时气体放热,其内能可能减少,D 正确。 2.一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量 2.5×104J ,气体对外界做功1.0×104 J ,则该理想气体的( ) A .温度降低,密度增大 B .温度降低,密度减小 C .温度升高,密度增大 D .温度升高,密度减小 解析:选D 由ΔU =W +Q 可得理想气体内能变化ΔU =-1.0×104 J +2.5×104 J = 1.5×104 J >0,故温度升高,A 、B 两项均错;因为气体对外做功,所以气体一定膨胀,体 积变大,由ρ=m V 可知密度变小,故C 项错误,D 项正确。 3.(2011·新课标全国卷)对于一定量的理想气体,下列说法正确的是( ) A .若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变 B .若气体的内能不变,其状态也一定不变 C .若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大 D .气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关 E .当气体温度升高时,气体的内能一定增大 解析:选ADE 一定质量的理想气体,pV T =常量,p 、V 不变,则T 不变,分子平均动能不变,又理想气体分子势能为零,故气体内能不变,A 项正确;理想气体内能不变,则温 度T 不变,由pV T =常量知,p 及V 可以变化,故状态可以变化,B 错误;等压变化过程,温度升高、体积增大,故C 错误;由热力学第一定律ΔU =Q +W 知,温度每升高1 K ,内能增量ΔU 一定,而外界对气体做的功W 与经历的过程可能有关(如体积变化时),因此吸收的热量与气体经历的过程也有关,D 项正确;温度升高,平均动能增大,分子势能不变,内能

第一章热力学第一定律及其应用

华中科技大学博士研究生入学考试《物理化学(二)》考试大纲 第一章热力学第一定律及其应用 1.1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用 1.7 实际气体 1.8 热化学 1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系 1.12 绝热反应——非等温反应 1.13 热力学第一定律的微观说明 第二章热力学第二定律 2.1 自发变化的共同特征一不可逆性性 2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺定律 2.4 熵的概念.

2.5 克劳修斯不等式与熵增加原理 2.6熵的计算 2.7热力学第二定律的本质和熵的统计意义 2.8亥姆霍兹自由能和古布斯自由能 2.9变化的方向和平衡条件 2.10ΔG的计算示例 2.11几个热力学函数间的关系 2.12单组分体系的两相平衡 2.13多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势 2.14不可逆过程热力学简介 第三章统计热力学基础 3.1 概论 3.2玻尔兹曼统计 3.3玻色—爱因期坦统计和费米—狄拉克统计 3.4配分函数 3.5各配分函数的求法及其对热力学因数的贡献3.6晶体的热容问题 3.7分子的全配分函数 第四章溶液——多组分体系热力学在溶液中的应用4.1 引言 4.2 溶液组成的表示法 4.3 稀溶液的两个经验定律

4.4混合气体中各组分的化学势 4.5理想溶液的定义、通性及各组分的化学势4.6稀溶液中各组份的化学势 4.7理想溶液和稀溶液的微观说明 4.8稀溶液的依数性 4.9吉朽斯—杜亥姆公式和杜亥姆—马居耳公式4.10非理想溶液 4.11分配定律――溶质在两互不相溶液中的分配第五章相平衡 5.1引言 5.2多相体系的一般平衡条件 5.3相律 5.4单组份体系的相图 5.5二组份体系的相图及应用 5.6三组份体系的相图和应用 5.7二级相变 第六章化学平衡 6.1化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势6.2化学反应的平衡常数和等温方程式 6.3平衡常数的表示式 6.4复相化学平衡 6.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算

内能与热力学第一定律(答案)

内能与热力学第一定律(参考答案) 一、知识清单 1.【答案】 二、选择题 2.【答案】BDE 【解析】实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能,与整体的重力势能和动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。 【易错警示】本题易忽视题中所研究的为实际气体,从而错误地按理想气体模型处理,而导致漏选B。3.【答案】ACE 【解析】把物体缓慢举高,外力做功,其机械能增加,由于温度不变,物体内能不变,选项A对;物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系,选项B错;电流通过电阻后电阻发热,是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的,选项C对;根据分子间作用力的特点,当分子间距离等于r0时,引力和斥力相等,不管分子间距离从r0增大还是减小,分子间作用力都做负功,分子势能都增大,故分子间距离等于r0时分子势能最小,选项D错,E对. 4.【答案】D 5.【答案】B 【解析】根据温度是分子平均动能的标志知,温度升高,分子热运动的平均动能增大;温度降低,分子热运动的平均动能减小,选项A错误,B正确。理想气体的温度升高,内能增大;温度降低,内能减小,选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变,但是内能变化,熔化时吸收热量,内能增大;凝固时放出热量,内能减小,选项D错误。 6.【答案】B 【解析】解:A、所有分子动能与势能之和是物体的内能,对一个分子不能谈内能,不能比较一个水分子与一个分子的内能关系,故A错误; B、一定质量的0℃的水结成0℃的冰要释放热量,其内能一定减少,故B正确; C、分子势能与分子间分子力和分子间距离有关,与物体的位置高度无关,故C错误; D、物体内所有分子动能与势能之和是物体的内能,物体内能由物质的量、物体的温度与物体体积决定,物体内能与物体是否运动无关,故D错误; 7.【答案】ADE 【解析】对封闭气体,由题图可知a→b过程,气体体积V不变,没有做功,而温度T升高,则为吸热过程,A项正确。b→c过程为等温变化,压强减小,体积增大,对外做功,则为吸热过程,B项错误。c→a过程为等压变化,温度T降低,内能减少,体积V减小,外界对气体做功,依据W+Q=ΔU,外界对气体所做的功小于气体所放的热,C项错误。温度是分子平均动能的标志,T ap c,显然E项正确。 8.【答案】 C 【解析】由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,若物体放出热量,如果外界对物体做正功,则ΔU不一定为负值,即内能不一定减少,故A项错误;同理可分析出,B项和D项错误,C项正确。 9.【答案】ABE 【解析】在p-T图象中过原点的倾斜直线都是等容线,a、c在同一等容线上,体积相等,A正确。一定质

热力学第一定律的内容及应用

目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract: ...................................................................................... 错误!未定义书签。Key words .................................................................................... 错误!未定义书签。引言 (1) 1.热力学第一定律的产生 (1) 1.1历史渊源与科学背景 (1) 1.2热力学第一定律的建立过程 (2) 2.热力学第一定律的表述 (3) 2.1热力学第一定律的文字表述 (3) 2.2数学表达式 (3) 3.热力学第一定律的应用 (4) 3.1焦耳实验 (4) 3.2热机及其效率 (5) 总结 (7) 参考文献 (7)

热力学第一定律的内容及应用 摘要:热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律,广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过,它的准确的文字表述和数学表达式,及它在理想气体、热机的应用。 关键字:热力学第一定律;内能定理;焦耳定律;热机;热机效率 引言 在19世纪早期,不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造,因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来,之后不再需要任何动力和燃料,却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前,人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后,第一类永动机的神话才不攻自破。本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机,进行简单展开。 1.热力学第一定律的产生 1.1历史渊源与科学背景 人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。 北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德(Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒(Empedocles,约公元前500—430)更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质(热素)所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的

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