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高考物理热力学三大定律的复习

时间: 嘉欣2 物理学习方法

  第一定律

  热力学第一定律也就是能量守恒定律。自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后,人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。

  ●内容

  一个热力学系统的内能U增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它做功A的和。(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化。)

  ●符号规律

  热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用:△E=-W+Q时,通常有如下规定:

  ①外界对系统做功,A>0,即W为正值。

  ②系统对外界做功,A<0,即W为负值。

  ③系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值

  ④系统从外界放出热量,Q<0,即Q为负值

  ⑤系统内能增加,△U>0,即△U为正值

  ⑥系统内能减少,△U<0,即△U为负值

  ●理解

  从三方面理解

  1.如果单纯通过做功来改变物体的内能,内能的变化可以用做功的多少来度量,这时系统内能的增加(或减少)量△U就等于外界对物体(或物体对外界)所做功的数值,即△U=A

  2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能,内能的变化可以用传递热量的多少来度量,这时系统内能的增加(或减少)量△U就等于外界吸收(或对外界放出)热量Q的数值,即△U=Q

  3.在做功和热传递同时存在的过程中,系统内能的变化,则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下,系统内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和外界对系统做功A之和。即△U=A+Q

  ●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另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转移和转化的过程中,能量的总量不变。

  ●能量的多样性

  物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等,可见,在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。

  ●不同形式的能量转化

  "摩擦生热"是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的。

  ●能量守恒的意义

  1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法,它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量守恒。

  2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一,也庄重宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。

  3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器,这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。

  第一类永动机

  第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。

  其不可能存在,因为违背的能量守恒定律

  第二定律

  有几种表述方式:

  克劳修斯表述 → 热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体;

  开尔文-普朗克表述 → 不可能从单一热源吸取热量,并将这热量完全变为功,而不产生其他影响。

  ●关系

  热力学第二定律的两种表述(前2种)看上去似乎没什么关系,然而实际上他们是等效的,即由其中一个,可以推导出另一个。

  ●意义

  热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,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。

  ●微观意义

  一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

  第二类永动机(不可能制成)

  只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

  △第二类永动机效率为100%,虽然它不违反能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。

  第三定律

  热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 或者绝对零度(T=0K即-273.15℃)不可达到。

  R.H.否勒和E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K,称为0K不能达到原理。

  第零定律

  热力学第零定律:如果两个热力学系统均与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡 。也就是说热平衡是递传的。

  热力学第零定律是热力学三大定律的基础,它定义了温度。

  (因为在三大定律之后,人类才发现其重要性,故称为"第零定律")

  
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