內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律

1、功和內(nèi)能熱和內(nèi)能.熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律一、系統(tǒng)1、熱力學(xué)系統(tǒng)：、熱力學(xué)系統(tǒng)：熱學(xué)研究的對象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。封閉系統(tǒng)：封閉系統(tǒng)：與外界既有能量交換，但無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。敞開系統(tǒng)：敞開系統(tǒng)： 與外界可以自由進(jìn)行能量交換和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)：與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。結(jié)論：結(jié)論：做功使得物體（密閉氣體）溫度升高做功使得物體（密閉氣體）溫度升高焦耳 1818年12月24日生于英國曼徹斯特 ，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。 1840年在英國皇家學(xué)會上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律

2、的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。二、焦耳的實(shí)驗(yàn)二、焦耳的實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量,它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程。絕熱過程：焦耳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要在絕熱過程中完成的實(shí)驗(yàn)焦耳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要在絕熱過程中完成的實(shí)驗(yàn)焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械功 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上實(shí)驗(yàn)結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置電功 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升實(shí)驗(yàn)結(jié)

3、論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。從焦耳的實(shí)驗(yàn)中可以得出什么結(jié)論？1、在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做做功方式功方式無關(guān)，僅與無關(guān)，僅與做功數(shù)量做功數(shù)量有關(guān)。有關(guān)。2.2.測出了測出了熱功當(dāng)量熱功當(dāng)量（熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量（熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系），為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律關(guān)系），為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程

4、的僅由過程的始末兩個(gè)狀態(tài)始末兩個(gè)狀態(tài)決定，不依賴于做功的決定，不依賴于做功的具體具體過程和方式過程和方式。功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量度內(nèi)能U：任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。能。三、內(nèi)能三、內(nèi)能（1）系統(tǒng)的內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關(guān)，）系統(tǒng)的內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關(guān)，即由它的狀態(tài)決定。即由它的狀態(tài)

5、決定。（2）內(nèi)能的增加量）內(nèi)能的增加量UU2U1等于外界對系統(tǒng)等于外界對系統(tǒng)所做的功所做的功UW（3）物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多在絕）物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對應(yīng)著做功較熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對應(yīng)著做功較多多外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，物體的內(nèi)能就減少多少物體的內(nèi)能就減少多少K10-1-2abcd氣體A氣體C四、熱傳遞四、

6、熱傳遞 1 、兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，、兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達(dá)到熱平衡即溫度溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達(dá)到熱平衡即溫度相等為止，這個(gè)過程稱之為熱傳遞。相等為止，這個(gè)過程稱之為熱傳遞。2 2、熱傳遞的三種方式：、熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)、熱對流熱對流、熱輻射熱輻射熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)熱沿著物體傳遞的方式。不同物質(zhì)傳到熱的能力各不相同。熱對流熱對流靠液體或氣體的流動(dòng)來傳遞熱的方式，熱對流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式。熱輻射熱輻射熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直線輔射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，

7、可在真空中進(jìn)行，溫差越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射能力越強(qiáng)。3.熱傳遞的實(shí)質(zhì)：熱傳遞的實(shí)質(zhì)：在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。即系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。即Q放放= -U熱傳遞實(shí)質(zhì)上傳遞的是能量，結(jié)果是改變了系熱傳遞實(shí)質(zhì)上傳遞的是能量，結(jié)果是改變了系統(tǒng)的內(nèi)能。傳遞能量的多少用熱量來量度。統(tǒng)的內(nèi)能。傳遞能量的多少用熱量來量度。4 4傳遞的熱量與內(nèi)能改變的關(guān)系傳遞的熱量與內(nèi)能改變的關(guān)系在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少。即系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少。即U= Q吸吸 5、

8、熱傳遞具有方向性。、熱傳遞具有方向性。熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫?zé)崃繌母邷匚矬w傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，不會自發(fā)的從低溫物體傳遞部分傳遞到低溫部分，不會自發(fā)的從低溫物體傳遞到高溫物體或從物體的低溫部分傳遞到高溫部分。到高溫物體或從物體的低溫部分傳遞到高溫部分。五、熱和內(nèi)能五、熱和內(nèi)能 1、在外界對系統(tǒng)沒有做功的情況下，、在外界對系統(tǒng)沒有做功的情況下， 內(nèi)能和熱量之間有什么樣的關(guān)系呢？內(nèi)能和熱量之間有什么樣的關(guān)系呢？UQ 即在外界對系統(tǒng)不做功即在外界對系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳遞給系的情況下，外界傳遞給系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量

9、改變量做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）六、六、改變物體內(nèi)能的改變物體內(nèi)能的兩種方式兩種方式是不同物體或同一物體不同部分內(nèi)能的轉(zhuǎn)移內(nèi)能和其他形式能的轉(zhuǎn)化做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律七、熱力學(xué)第一定律七、熱力學(xué)第一定律(1)若過程是絕熱的，則若過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對物體，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。做的功等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則，

10、則WQ0或或WQ，外界對物體做的功等于物體放出的，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。熱量。(2)若過程中不做功，即若過程中不做功，即W0，則，則QU，物體吸收，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。的熱量等于物體內(nèi)能的增加。幾種特殊情況幾種特殊情況定律中各量的正、負(fù)號及含義定律中各量的正、負(fù)號及含義物理量符號意義符號意義W+Q+U+熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 U=W+Q外界對系統(tǒng)做功（系統(tǒng)的體積減小）系統(tǒng)對外界做功（系統(tǒng)的體積增大）系統(tǒng)吸收熱量系統(tǒng)放出熱量系統(tǒng)內(nèi)能增加系統(tǒng)內(nèi)能減少 物理量熱學(xué)過程壓強(qiáng)P 體積V 溫度T 內(nèi)能U 熱量Q 功W等溫過程等容過程等壓過程絕熱過程四個(gè)理想氣體熱學(xué)過程增大

11、增大減小減小不變不變不變不變放熱放熱+增大增大不變不變升高升高增加增加0吸熱吸熱減小減小不變不變降低降低減少減少放熱放熱+0減小減小增大增大升高升高增加增加+18361836年俄國年俄國化學(xué)家蓋斯化學(xué)家蓋斯18411842年德國醫(yī)生年德國醫(yī)生J.R.邁爾邁爾德國科學(xué)家德國科學(xué)家H.亥姆霍茲亥姆霍茲八、能量守恒定律八、能量守恒定律1.定律內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中體轉(zhuǎn)移到別一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變。

12、其總量保持不變。對能量守恒定律的理解2.當(dāng)發(fā)生能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式時(shí)，是通當(dāng)發(fā)生能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式時(shí)，是通過過_實(shí)現(xiàn)的。這種轉(zhuǎn)化意味著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可由一實(shí)現(xiàn)的。這種轉(zhuǎn)化意味著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可由一種形式轉(zhuǎn)化成其他形式。種形式轉(zhuǎn)化成其他形式。做功做功1.每一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式對應(yīng)一種能量。每一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式對應(yīng)一種能量。 大量事實(shí)證明，任何形式的能轉(zhuǎn)化為別種形式的大量事實(shí)證明，任何形式的能轉(zhuǎn)化為別種形式的能時(shí)，總的能量都是守恒的。能時(shí)，總的能量都是守恒的。 在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式不變時(shí)，能量只從物體間轉(zhuǎn)在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式不變時(shí)，能量只從物體間轉(zhuǎn)移，能的形式不會改變。移，能的形式不會改變。3.以焦耳的實(shí)

13、驗(yàn)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)第一定律，實(shí)際上就以焦耳的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)第一定律，實(shí)際上就是內(nèi)能與其它能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律是內(nèi)能與其它能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的意義 1.在在20世紀(jì)世紀(jì)30年代初，年代初，W.泡利和泡利和E.費(fèi)米根據(jù)能費(fèi)米根據(jù)能量守恒定律預(yù)言了中微子的存在并在后來得到證實(shí)。量守恒定律預(yù)言了中微子的存在并在后來得到證實(shí)。 2.他把原來人們認(rèn)為互不相關(guān)的各種現(xiàn)象他把原來人們認(rèn)為互不相關(guān)的各種現(xiàn)象力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的、光學(xué)的、化學(xué)的、生力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的、光學(xué)的、化學(xué)的、生物的、地學(xué)的物的、地學(xué)的聯(lián)系在一起，把表面上完全不同聯(lián)系在一起，把表面上完全不同的各

14、類運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一在一個(gè)自然規(guī)律中。這樣，他就是的各類運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一在一個(gè)自然規(guī)律中。這樣，他就是不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者有了一系列的共同語言?，F(xiàn)不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者有了一系列的共同語言。現(xiàn)在，能量守恒定律仍是我們研究自然科學(xué)的強(qiáng)有力在，能量守恒定律仍是我們研究自然科學(xué)的強(qiáng)有力的武器。的武器。 3.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件。恩格斯把它與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起大事件。恩格斯把它與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起列為列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。永動(dòng)機(jī)不可能制成歷史上有不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗歷史上有不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機(jī)器被任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)，又叫第一類永動(dòng)機(jī)。稱為永動(dòng)機(jī)，又叫第一類永動(dòng)機(jī)。“溫度溫度”、“熱量熱量”、“功功”、“內(nèi)能內(nèi)能”的辨析的辨析1內(nèi)能和溫度內(nèi)能和溫度2內(nèi)能和熱量內(nèi)能和熱量從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程