《鋼鐵冶金》第二章鐵礦燒結(jié)課件

第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律-2-一、熱力學(xué)第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功

;

(2)熱傳遞

。

2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式:ΔU=Q+W

-2-一、熱力學(xué)第一定律-3-二、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化

為另一種形式,或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移

到別的物體,在轉(zhuǎn)化

或轉(zhuǎn)移

的過程中,能量的總量保持不變。

2.條件性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律

,某一種形式的能是否守恒是有條件的。

3.第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違背了能量守恒定律

。

-3-二、能量守恒定律-4-三、熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地

從低溫物體傳到高溫物體。

(2)開爾文表述:不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響

?；虮硎鰹椤暗诙?/p>

永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”。

2.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在任何自然過程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小

。

3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性

增大的方向進(jìn)行。

4.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律

。-4-三、熱力學(xué)第二定律-5-1.在熱力學(xué)第二定律中“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助。在借助外界提供能量的幫助下,熱量可以由低溫物體傳到高溫物體嗎?請(qǐng)舉例。提示：可以。如冰箱、空調(diào)。2.在熱力學(xué)第二定律中“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎?請(qǐng)舉例。提示：可以。如氣體的等溫膨脹過程。-5-1.在熱力學(xué)第二定律中“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱-6-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律(自主悟透)1.熱力學(xué)第一定律的意義不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的方式是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。2.對(duì)公式ΔU=Q+W符號(hào)的規(guī)定-6-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律(自主悟-7-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三3.幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。(2)若過程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q,外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。-7-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三3.幾種特殊情況-8-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練1.(多選)(2017·全國(guó)卷Ⅱ)如圖所示,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開,氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是(

)A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴(kuò)散過程中,氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變答案解析解析關(guān)閉由于隔板右側(cè)是真空,抽開隔板后,氣體自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸,并不做功也沒有熱量交換,所以自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體被壓縮過程中,外界對(duì)氣體做功,沒有熱量交換,根據(jù)ΔU=W+Q,氣體的內(nèi)能增大,故選項(xiàng)B、D正確;氣體被壓縮過程中,溫度升高,分子平均動(dòng)能增大,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉ABD-8-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練答案解析解析關(guān)閉由于隔板-9-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.在如圖所示的坐標(biāo)系中,一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程:第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B,外界對(duì)該氣體做功為6J;第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C,該氣體從外界吸收的熱量為9J。圖線AC的反向延長(zhǎng)線過坐標(biāo)原點(diǎn)O,B、C兩狀態(tài)的溫度相同,理想氣體的分子勢(shì)能為零。求:(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1;(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2。答案解析解析關(guān)閉(1)由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,氣體發(fā)生等容變化該氣體對(duì)外界做的功W1=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU1=W1+Q1內(nèi)能的增量ΔU1=Q1=9J。(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,體積減小,溫度升高該氣體內(nèi)能的增量ΔU2=ΔU1=9J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2=W2+Q2從外界吸收的熱量Q2=ΔU2-W2=3J。答案解析關(guān)閉(1)0

9J

(2)9J

3J-9-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.在如圖所示的坐標(biāo)系中,一定質(zhì)量的-10-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三特別提醒應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意1.做功看體積:體積增大,氣體對(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W為正。氣體向真空中自由膨脹,對(duì)外界不做功,W=0。2.與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時(shí)Q=0。3.由于理想氣體沒有分子勢(shì)能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí),主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。-10-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三特別提醒應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第二定律(師生共研)1.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。2.兩類永動(dòng)機(jī)的比較-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第二定律(師生共研)-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例1(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是(

)A.為了增加物體的內(nèi)能,必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B.對(duì)某物體做功,必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬暮暧^自然過程是不可逆過程答案解析解析關(guān)閉內(nèi)能的改變可以通過做功或熱傳遞進(jìn)行,故A正確;對(duì)某物體做功,若物體同時(shí)向外放熱,則物體的內(nèi)能不一定增加,B錯(cuò)誤;在引起其他變化的情況下,從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?也可以將熱量從低溫物體傳向高溫物體,C正確,D錯(cuò)誤;涉及熱現(xiàn)象的宏觀自然過程具有方向性,故E正確。答案解析關(guān)閉ACE-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例1(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律,下列說法正確的是(

)A.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能,熱傳遞也不一定改變內(nèi)能,但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D.由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的,從單一熱源吸收熱量,完全變成功也是可能的答案解析解析關(guān)閉第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律,第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律,A、B錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q可以等于0,C錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第二定律可知D中描述的現(xiàn)象是可能的,但會(huì)引起其他變化,D正確。答案解析關(guān)閉D-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)熱力學(xué)過程方向性實(shí)例

-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)熱力學(xué)過程方向性實(shí)例-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練3.(多選)以下哪個(gè)現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律(

)A.一杯熱茶在打開蓋后,茶會(huì)自動(dòng)變涼B.沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機(jī),其效率可能是100%C.桶中渾濁的泥水在靜置一段時(shí)間后,泥沙下沉,上面的水變清,泥、水自動(dòng)分離D.熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E.在地面上運(yùn)動(dòng)的物體逐漸停下來,機(jī)械能全部變?yōu)閮?nèi)能答案解析解析關(guān)閉熱茶自動(dòng)變涼是熱從高溫物體傳遞到低溫物體,A正確;任何熱機(jī)效率都不可能達(dá)到100%,B錯(cuò)誤;泥、水分離是機(jī)械能(重力勢(shì)能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,C正確;熱量不可能自發(fā)地從低溫傳到高溫物體,D錯(cuò)誤;物體因摩擦力而停下來,是機(jī)械能(動(dòng)能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,是自發(fā)過程,E正確。答案解析關(guān)閉ACE-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練答案解析解析關(guān)閉熱茶自-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用(師生共研)-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖描述,圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量。(1)氣體狀態(tài)從A到B是

(選填“等容”“等壓”或“等溫”)過程;

(2)狀態(tài)從B到C的變化過程中,氣體的溫度

(選填“升高”“不變”或“降低”);

(3)狀態(tài)從C到D的變化過程中,氣體

(選填“吸熱”或“放熱”);

(4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中,氣體對(duì)外界所做的總功為

。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥(1)根據(jù)p-V圖像分析各過程中氣體的p、V的變化情況,由

=C分析T的變化情況。(2)根據(jù)V、T的變化情況分析做功W和氣體內(nèi)能的變化ΔU,由ΔU=W+Q分析吸、放熱情況。方法歸納對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),必然要涉及做功、熱傳遞、內(nèi)能的變化,利用氣體狀態(tài)方程(或?qū)嶒?yàn)定律)與熱力學(xué)第一定律解決這類問題的一般思路如下:-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥(1)根據(jù)p-V圖像分析各-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練4.(多選)(2018·全國(guó)卷Ⅲ)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中(

)A.氣體溫度一直降低B.氣體內(nèi)能一直增加C.氣體一直對(duì)外做功D.氣體一直從外界吸熱E.氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練答案解析解析關(guān)閉答-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三5.如圖所示,汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體,活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡,已知活塞距缸口h=50cm,活塞面積S=10cm2,封閉氣體的體積為V1=1500cm3,溫度為0℃,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105

Pa,重物重力G=50N,活塞重力及一切摩擦不計(jì)。緩慢升高環(huán)境溫度,封閉氣體吸收了Q=60J的熱量,使活塞剛好升到缸口,整個(gè)過程重物未觸地。求:(1)活塞剛好升到缸口時(shí),氣體的溫度;(2)汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做的功;(3)氣體內(nèi)能的變化量。-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三5.如圖所示,汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析：(1)封閉氣體的初態(tài):V1=1

500

cm3,T1=273

K末態(tài):V2=1

500

cm3+50×10

cm3=2

000

cm3解得T2=364

K。(2)設(shè)封閉氣體做等壓變化時(shí)的壓強(qiáng)為p對(duì)活塞:p0S=pS+G汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做功W=pSh解得W=25

J。(3)由熱力學(xué)第一定律得,汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量ΔU=Q-W得ΔU=35

J故汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了35

J。答案：(1)364K

(2)25J

(3)35J-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析：(1)封閉氣體的初態(tài):V1=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

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm

56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm563848666￥111111111111111111111111111111122222222222222222222222222222222222222222222222222222222333333333333333333333333333333