1、功和内能热和内能.热力学第一定律 能量守恒定律一、系统1、热力学系统：、热力学系统：热学研究的对象称为热力学系统，简称系统。封闭系统：封闭系统：与外界既有能量交换，但无物质交换的系统。敞开系统：敞开系统：与外界可以自由进行能量交换和物质交换的系统。孤立系统：孤立系统：与外界既无能量交换又无物质交换的系统。结论：结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高做功使得物体（密闭气体）温度升高焦耳 1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立
2、奠定了实验基础。二、焦耳的实验二、焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量,它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程。绝热过程：焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳二个代表性实验：焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置机械功 实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。焦耳二个代表性实验：焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置电功 实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升实验结论：只
3、要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。从焦耳的实验中可以得出什么结论？1、在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做做功方式功方式无关，仅与无关，仅与做功数量做功数量有关。有关。2.2.测出了测出了热功当量热功当量（热与机械功之间的当量（热与机械功之间的当量关系），为热力学第一定律和能量守恒定律关系），为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。的建立奠定了实验基础。在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的仅由过
4、程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具体过程和方式过程和方式。功是能量转化的量度功是能量转化的量度内能U：任何一个热力学系统都必定存在一任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内系。我们把这个物理量称为系统的内能。能。三、内能三、内能（1）系统的内能与状态参量温度、体积有关，）系统的内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定。即由它的状态决定。（
5、2）内能的增加量）内能的增加量UU2U1等于外界对系统等于外界对系统所做的功所做的功UW（3）物体的内能大，并不意味着做功多在绝）物体的内能大，并不意味着做功多在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多多外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少物体的内能就减少多少K10-1-2abcd气体A气体C四、热传递四、热传递
6、1 、两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，、两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。相等为止，这个过程称之为热传递。2 2、热传递的三种方式：、热传递的三种方式：热传导热传导、热对流热对流、热辐射热辐射热传导热传导热沿着物体传递的方式。不同物质传到热的能力各不相同。热对流热对流靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。热辐射热辐射热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线辅射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空
7、中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。3.热传递的实质：热传递的实质：在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即系统的内能就减少多少。即Q放放=-U热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。统的内能。传递能量的多少用热量来量度。4 4传递的热量与内能改变的关系传递的热量与内能改变的关系在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少。即系统的内能就增加多少。即U=Q吸吸 5、热传递具有方
8、向性。、热传递具有方向性。热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发的从低温物体传递部分传递到低温部分，不会自发的从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。五、热和内能五、热和内能 1、在外界对系统没有做功的情况下，、在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？内能和热量之间有什么样的关系呢？UQ 即在外界对系统不做功即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的统的热量等于系统内能的改变量改变量做功热传
9、递对内对外吸热放热内能增加内能增加内能减少内能减少（外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热）六、六、改变物体内能的改变物体内能的两种方式两种方式是不同物体或同一物体不同部分内能的转移内能和其他形式能的转化做功和热传递在改变物体的内能上是等效的做功和热传递在改变物体的内能上是等效的热力学第一定律热力学第一定律七、热力学第一定律七、热力学第一定律(1)若过程是绝热的，则若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体，外界对物体做的功等于物体内能的增加。做的功等于物体内能的增加。(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则，则WQ0或或W
10、Q，外界对物体做的功等于物体放出的，外界对物体做的功等于物体放出的热量。热量。(2)若过程中不做功，即若过程中不做功，即W0，则，则QU，物体吸收，物体吸收的热量等于物体内能的增加。的热量等于物体内能的增加。几种特殊情况几种特殊情况定律中各量的正、负号及含义定律中各量的正、负号及含义物理量符号意义符号意义W+Q+U+热力学第一定律热力学第一定律 U=W+Q外界对系统做功（系统的体积减小）系统对外界做功（系统的体积增大）系统吸收热量系统放出热量系统内能增加系统内能减少 物理量热学过程压强P 体积V 温度T 内能U 热量Q 功W等温过程等容过程等压过程绝热过程四个理想气体热学过程增大增大减小减小不
11、变不变不变不变放热放热+增大增大不变不变升高升高增加增加0吸热吸热减小减小不变不变降低降低减少减少放热放热+0减小减小增大增大升高升高增加增加+18361836年俄国年俄国化学家盖斯化学家盖斯18411842年德国医生年德国医生J.R.迈尔迈尔德国科学家德国科学家H.亥姆霍兹亥姆霍兹八、能量守恒定律八、能量守恒定律1.定律内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只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，或从一个物能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到别一个物体，在转化和转移的过程中体转移到别一个物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变。其总量保持不变
12、。对能量守恒定律的理解2.当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通过过_实现的。这种转化意味着物质运动可由一实现的。这种转化意味着物质运动可由一种形式转化成其他形式。种形式转化成其他形式。做功做功1.每一种物质运动形式对应一种能量。每一种物质运动形式对应一种能量。大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的能时，总的能量都是守恒的。能时，总的能量都是守恒的。在物质运动形式不变时，能量只从物体间转在物质运动形式不变时，能量只从物体间转移，能的形式不会改变。移，能的形式不会改变。3.以焦耳的实验为基础的热力学第
13、一定律，实际上就以焦耳的实验为基础的热力学第一定律，实际上就是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律能量守恒定律发现的意义 1.在在20世纪世纪30年代初，年代初，W.泡利和泡利和E.费米根据能费米根据能量守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实。量守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实。2.他把原来人们认为互不相关的各种现象他把原来人们认为互不相关的各种现象力学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生力学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生物的、地学的物的、地学的联系在一起，把表面上完全不同联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然
14、规律中。这样，他就是的各类运动统一在一个自然规律中。这样，他就是不同领域的科学工作者有了一系列的共同语言。现不同领域的科学工作者有了一系列的共同语言。现在，能量守恒定律仍是我们研究自然科学的强有力在，能量守恒定律仍是我们研究自然科学的强有力的武器。的武器。3.能量转化和守恒定律的发现是科学史上的重能量转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起大事件。恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为列为19世纪的三大发现。世纪的三大发现。永动机不可能制成历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断
15、地对外做功，这种机器被任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为永动机，又叫第一类永动机。称为永动机，又叫第一类永动机。“温度温度”、“热量热量”、“功功”、“内能内能”的辨析的辨析1内能和温度内能和温度2内能和热量内能和热量从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志物体的温度升高，其内能一定增加但物体的标志物体的温度升高，其内能一定增加但物体吸收热量内能增加时，温度却不一定升高吸收热量内能增加时，温度却不一定升高1)热量的概念在涉及能量传递时才有意义我热量的概念在涉及能量传递时才有意义我们不能说一个物体具有多少热量，只能说在传们不能说一个物体具有多少热量，只能说在传热过程中物体吸收或放出了多少热量热过程中物体吸收或放出了多少热量3热量和做功热量和做功
