熱力第一定律 熱力第二定律(熱力第一定律又稱什么-)
1、改變物體內(nèi)能的兩種方式:做功和傳熱
1、傳熱有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三種不同方式。
2、等價(jià)與不等式:功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量;熱傳遞是不同物體或同一物體不同部分之間內(nèi)能的傳遞。它們對(duì)改變內(nèi)能的作用是相同的。
3、概念區(qū)別:溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量,而熱量和功是過(guò)程量。傳熱的前提是溫差的存在。傳遞的是熱量,而不是溫度。其實(shí)就是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。
二、熱平衡定律,也稱熱力學(xué)第0定律
1.內(nèi)容:如果兩個(gè)系統(tǒng)與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,則這兩個(gè)系統(tǒng)也必須彼此處于熱平衡。
2、熱平衡:如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)相互接觸,其狀態(tài)參數(shù)不發(fā)生變化,即不發(fā)生傳熱,我們說(shuō)兩個(gè)系統(tǒng)已達(dá)到熱平衡。
3、溫度:是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量。其特點(diǎn)是所有達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。如果溫度不同且系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài),則系統(tǒng)中必然存在熱交換。
4、熱力學(xué)溫度:用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度。它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。符號(hào)為T,單位為開(kāi)爾文,簡(jiǎn)稱開(kāi)爾文,符號(hào)為K,T=t(攝氏度溫標(biāo))+273.15K。
5、絕對(duì)零度為-273.15攝氏度。這是低溫的極限,只能接近而達(dá)不到。
三、熱力學(xué)第一定律
1、內(nèi)容:一般情況下,如果物體與外界同時(shí)發(fā)生做功和傳熱的過(guò)程,則外界對(duì)物體所做的功W與熱量之和物體從外界吸收的Q等于物體的內(nèi)能。增量
2、數(shù)學(xué)表達(dá)式:
熱力學(xué)第一定律(1)Q取決于溫度變化:當(dāng)溫度升高時(shí),Q0;當(dāng)溫度降低時(shí),Q0。
(2)W取決于體積變化:當(dāng)V增大時(shí),氣體向外做功,W0;當(dāng)V減小時(shí),外界確實(shí)對(duì)氣體W0做功。
(3)特殊情況:如果氣體擴(kuò)散到真空中,則W=0。
(4)絕熱過(guò)程Q=0,關(guān)鍵詞是“絕熱材料”或“快速變化”。
3、變更形式:
4.理想氣體的定義
(1)分子間沒(méi)有相互作用力,分子勢(shì)能為0。
(2)一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。
(3)在溫度不太低、壓力不太高的條件下(常溫常壓),實(shí)際氣體可近似視為理想氣體。
5.熱力學(xué)第一定律的理解
(1)做功改變物體的內(nèi)能:當(dāng)外界對(duì)物體做功時(shí),物體的內(nèi)能增加;當(dāng)物體對(duì)外做功時(shí),物體的內(nèi)能減少。在絕熱過(guò)程中,物體做了多少功,改變了多少內(nèi)能。
(2)熱傳遞改變物體的內(nèi)能:外界將熱量傳遞給物體,即物體吸收熱量,物體的內(nèi)能增加;物體向外界傳遞熱量,即物體釋放熱量,物體的內(nèi)能減少。傳遞多少熱量,內(nèi)能就有多少變化。
(3)做功與傳熱的本質(zhì)。功引起的內(nèi)能變化是能量的變化,用功的值來(lái)衡量;熱傳遞引起的內(nèi)能變化就是能量的傳遞,用熱量來(lái)衡量。
四、能量守恒定律
1.內(nèi)容:能量不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失。它只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式,或者從一個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)移到其他對(duì)象。改造或轉(zhuǎn)讓過(guò)程中總量保持不變。
2、1型永動(dòng)機(jī):不消耗任何能量但能連續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器,違反能量守恒定律。
五、熱力學(xué)第二定律
1、熱傳導(dǎo)的方向性:熱傳導(dǎo)過(guò)程可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體進(jìn)行,但相反的方向不能自發(fā)進(jìn)行。即熱傳導(dǎo)具有方向性,是不可逆過(guò)程。
2、補(bǔ)充說(shuō)明:
(1)“自發(fā)”過(guò)程是指在沒(méi)有外部干擾的情況下發(fā)生的自然過(guò)程;(2)熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體,但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體;
(3)熱量能從低溫物體傳遞到高溫物體,必須有“外界影響或幫助”,即外界必須對(duì)其做功。
3.熱力學(xué)第二定律的兩個(gè)表達(dá)式
(1)克勞修斯陳述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。
(2)開(kāi)爾文說(shuō)法:不可能從單一熱源吸收熱量并將其完全轉(zhuǎn)化為有用功而不引起其他變化。
4.熱機(jī)
(1)熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。其原理是熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1,推動(dòng)活塞做功W,然后將熱量Q2釋放給低溫?zé)嵩矗ɡ淠鳎?/p>
熱力學(xué)第二定律的能量守恒表達(dá)式(3)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。
5、二類永動(dòng)機(jī)
(1)2型永動(dòng)機(jī)理念:只吸收單一熱源的熱量,并將其完全轉(zhuǎn)化為有用功,而不引起其他變化。
(2)不可能制造2型永動(dòng)機(jī)。它不違反熱力學(xué)第一定律(也稱為能量守恒定律),但違反了熱力學(xué)第二定律。
(3)原因:雖然所有的機(jī)械能都可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但所有的內(nèi)能都不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化,即熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程是有方向性的。
6.熵與熵增原理
(1)熱力學(xué)第二定律的微觀意義:一切自發(fā)過(guò)程總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序度增加的方向進(jìn)行。
(2)熵:衡量系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。系統(tǒng)越混亂,無(wú)序程度越高,熵值越大。
(3)熵增原理:在孤立系統(tǒng)中,一切不可逆過(guò)程都必須朝著熵增的方向進(jìn)行。熱力學(xué)第二定律也稱為熵增原理。
7.能量衰減,也叫能量耗散
(1)在熵增加的過(guò)程中,所有不可逆過(guò)程總會(huì)導(dǎo)致能量逐漸失去做功能力,從可用狀態(tài)變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài),能量質(zhì)量下降。
(2)另一種解釋:能量轉(zhuǎn)換過(guò)程總是伴隨著內(nèi)能的產(chǎn)生,分子無(wú)序程度增加。同時(shí),內(nèi)部能量消散到周圍環(huán)境中,無(wú)法再次收集利用。
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