热力学三大定律

用于复习讲解。

热力学三大定律

内能：内能由分子动能和分子势能共同组成

1. 分子动能：分子由于运动而具有的能。温度是分子热运动平均动能（而不是平均速率）的标志，表征分子热运动的剧烈程度。

2. 分子势能：分子具有的由分子力所产生的势能，与分子间的相互作用力的大小和相对位置有关。

3. 性质：

1) 内能的多少与物体的温度和体积有关；

2) 内能不能全部转化为机械能，而机械能可以完全转化为内能；

3) 任何物体在任何状态下都具有内能（大量分子做无规则运动）；

4) 内能是一个宏观量，对于个别分子，无内能可言。

4. 内能的改变：改变物体内能有两种方法，做功和热传递。

NOTICE:热量和内能的区别：热量是一个状态量，是热传递中内能的改变；而内能是一个状态量。

1) 热传递和做功对于改变物体的内能是等效的。

2) 热传递和做功的区别：热传递和做功有着本质的区别。做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化，热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移。

3) 做功和压强变化并不等效。压强增大并不一定外界对物体做功，也有可能是温度的变化。

5. 焦耳测定热功当量实验：

1) 实验原理：重物P和重物P/下落时，插在量热器中的轴及安装在轴上的叶片开始转动．量热器中的水受到转动叶片的搅拌，温度上升．由重物的质量和下降的距离可以算出叶片所做的机械功，由水和量热器的质量、比热、升高的温度可以算出得到的热量．算出机械功和热量的比值，即得热功当量的数值．

2) 实验结论：机械功与热量的比值是一个常数，其数值J=4．18 J／cal．

用于复习讲解。

能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式

转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。在转化或转移的过程中，能量的总量不变。

第一类永动机：不需输入能量便能永远对外做功的动力机械。违反能量守恒定律，不肯能制成。

热力学第一定律：ΔU = Q+ W第一类永动机不可能制成。

W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功；

Q>0，吸热；Q<0，放热。

在不及分子势能的情况下，温度升高，则内能增大。

Eg1：2010年理综全国卷Ⅱ16. 如图，一绝热容器被隔板K 隔开成a 、 b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中

A．气体对外界做功，内能减少yszplg B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度降低

D．气体压强变小，温度不变

答：BD

解：绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0. 稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0.根据热力学第一定律，稀薄气体的内能不变，则温度不变。稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小，pv/T，所以A、

C错，B、D正确。yszplg Eg2：（对比练习）2000年全国卷5. 图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体

的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 ( )dyszplg

A．E甲不变，E乙减小

B．E甲增大，E乙不变

C．E甲增大，E乙减小

D．E甲不变，E乙不变

答：C

解：将拉杆缓慢向外拉的过程中，甲气室中气体的体积减小，外界对甲气体做功，

用于复习讲解。

W>0 ，由于气缸、活塞是绝热的，Q=0，由热力学第一定律△E= W + Q，△E>0，即E甲增大；乙气室中气体的体积增大，气体对外做功，W<0 ，△E>0，即E乙减小,选项C正确。Dyszp

Notice:乙不是自由扩散。

Eg3：2007年江苏卷11、如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气

的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确

的是 ()

A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能

B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中, 有热量从氧气

传递到氢气

D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 答：C D

解：温度是分子的平均动能大小的标志，初始时氢气与氧气的温度相同，分子的平均动能相同，A错；对系统，气体与气缸外部没有热交换和其它能量交换，Q=0 W=0，ΔE=0，气缸内气体内能不会变化，氢气和氧气的内能与初始时相等，B错；松开固定栓时氢气迅速膨胀，对氧气做功，由于气缸绝热，氢气的内能减小，温度降低，氧气的内能增加，温度升高。由于隔板是导热的，热量又从氧气传到氢气，直至温度相同，氧气的内能又减小，选项CD正确。

热力学第二定律

1. 两种表述

表述一(按照热传导的方向性来表述)：不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

表述二(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

表述三：第二类永动机是不可能制成的。以上三种表述是等价的，即可以从一种表述导出另一种表述．

2. 第二类永动机：只需从单一热源吸收热能便能永远对外做功的动力机械，

违反热力学第二定律。

3. 热力学第二定律的实质

热力学第二定律揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

EG4：2005广东卷13⑵. 热力学第二定律常见的表述有两种。 第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化； 第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做

功，而不引起其他变化。

图10（a）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：

图10（b） 图10（a） 外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请

你根据第二种表述完成示意图10（b）。根据你的理解，热力学第二定律的实质是_________________________。 图10（c）

用于复习讲解。

答：见下面图10（c）。热力学第二定律的实质是：自然界中进行的与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性。

热力学第三定律：绝对零度不可能达到。

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