最新内能 热力学第一定律

三、内能
在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功 仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体 过程和方式。
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
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 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 能。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W ＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的 热量。
热力学第一定律 △U=W+Q
定律中各量的正、负号及含义
物理量 W Q
符号 + +
意义
符 号
外界对系统做 功（系统的体
－
积减小）
系统吸收 热量
－
意义
系统对外界做功 （系统的体积增大）
系统放出热 量
2020/12/3
六、改变物体内能的两种方式
内能和其他形 式能的转化
做功
是不同物体或同一物体 不同部分内能的转移
热传递
对内
（外界对物体 做功）
对外
（物体对外界 做功）
吸热
（物体从外界 吸热）
放热
（物体对外界 放热）
内能增加
内能减少
内能增加
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的
内能减少
热七力、学热第力一学定第律一定律
ΔU
+
系统内能 增加
－
系统内能 减少
四个理想气体热学过程
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 增大 减小 不变 不变 放热 +
增大
升高 增加 吸热 0
等容过程
不变
等压过程 不变 减小 降低 减少 放热 +
增大 减小 升高 增加 绝热过程
0
+
1836年俄国 化学家盖斯
Biblioteka Baidu
1841—1842 年德国医生
J.R.迈尔
德国科学家 H.亥姆霍兹
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 其总量保持不变。
2.物理意义：
首先是各种形式能量间的转化，其次是转化中 的守恒。
内能 热力学第一定律
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高
二、焦耳的实验
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奠定 了实验基础。
（1）系统的内能与状态参量温度、体积有关， 即由它的状态决定。
（2）内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统
所做的功
△U＝W
b
K
c 气体A a 气体C
d
外界对物体做多少功，就有多少其他形10-1式-2 的能转 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， 物体的内能就减少多少．
对能量守恒定律的理解
1.每一种物质运动形式对应一种能量。 2.当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通
过__做__功____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。
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。
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。
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3.热传递的实质：
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。 4．传递的热量与内能改变的关系
①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ΔU= Q吸
②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Q放= -ΔU
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－－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.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
能量守恒定律发现的意义
1.在20世纪30年代初，W.泡利和E.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。
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5、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 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。
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五、热和内能
1、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？
△U＝Q
即在外界对系统不做功 的情况下，外界传递给系 统的热量等于系统内能的 改变量
绝热过程：
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。
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 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：焦耳热功当量实验装置—电功
（3）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 多．
四、热传递
1 、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 相等为止，这个过程称之为热传递。
2、热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
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实验结论：只要所做的电功相等，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。
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，系统状态的改变与做 功方式无关，仅与做功数量有关。
2.测出了热功当量（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 的建立奠定了实验基础。
一个物体，如果跟外界同时发生做功和热传 递的过程物体内能的增加为
U=W+Q
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传 递的热量与外界对它所做功的和
上式在物理学中叫做热力学第一定律。
几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体 做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收 的热量等于物体内能的增加。