第一类永动机
第一类永动机
阿基米德螺旋永动机
把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动， 把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水磨的 同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样， 同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样，整台机械 就可以永不停息地运转下去。这样的设计当然也必然以失败告终。 就可以永不停息地运转下去。这样的设计当然也必然以失败告终。因为即使没有 摩擦力，从水槽中流下的水的冲力,也不足以既带动水磨工作 也不足以既带动水磨工作,又带动汲水器把全 摩擦力，从水槽中流下的水的冲力 也不足以既带动水磨工作 又带动汲水器把全 部流下的水重新汲回到原来的高度。 部流下的水重新汲回到原来的高度。
软臂永动机的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端， 软臂永动机的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩 增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。 增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机 器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了， 器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了，转轮只能停 止在原地
ห้องสมุดไป่ตู้力型永动机
1570年，意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个 年 意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。 是一个 磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚下去 滚到上端的E处 从小洞B落下 受磁石吸引可沿斜面滚下去， 落下， 磁石，铁球 受磁石吸引可沿斜面滚下去，滚到上端的 处，从小洞 落下，经 曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。 返回， 曲面 返回 复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。
高中物理热力学定律第1节热力学第一定律知识导航素材鲁科版
第1节热力学第一定律思维激活约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机",如图511所示,在斜坡上放一块强有力的磁铁M,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。
维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引力,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸回到上端,到小孔P处又掉了……图5-1—1试分析维尔金斯“永动机"的工作原理，它能实现吗?提示：看上去这种“永动机”是很令人着迷的。
在人类发展史上有无数的人致力于研究永动机.但无一例外,都失败了.这一节我们从研究功、热量和内能变化之间的定量关系入手，学习热力学第一定律和能量守恒定律，揭开永动机之谜。
自主整理一、热力学第一定律及其应用1.定律内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的___________与外界对它所做的___________的和。
2。
数学表达式：_________________________________.二、永动机不可能制成1。
第一类永动机:人们把设想中的不消耗___________而能永远对外做功的机器称第一类永动机。
2.第一类永动机的设想由于违背了______________________,所以不可能制成.高手笔记1。
研究对象热力学第一定律研究的是功、热量跟内能的变化之间的定量关系。
2.定律内容当物体跟外界同时发生做功和热传递时，则外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=W+Q。
上式所表示的功、热量跟内能变化ΔU之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律。
3。
符号法则在应用热力学第一定律解题时，一定要注意各量的符号规定：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功,W取负值;物体吸收热量,Q取正值，物体放出热量,Q取负值；物体内能增大,ΔU取正值,物体内能减小,ΔU取负值.名师解惑1.关于热力学第一定律的理解剖析:（1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。
第一类永动机
第一类永动机展开全文某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。
这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。
案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
以往热的单位是cal（卡），功以erg（尔格）为单位，焦耳的实验结果为1cal=4．184×10^7erg，这就是著名的热功当量。
能量守恒转换定律的建立，对制造永动机的幻想作了最后的判决，因而热力学第一定律的另一种表述为：“不可能制造出第一类永动机”。
基本信息•中文名：第一类永动机•类别：永动机•释义：不吸热而向外放热或作功•定位：机器相关推荐•第二类永动机•反重力原理•视错觉•热力学第二定律•热力学三大定律•紫外灾难•热寂•熵增原理•比荷•硝烟反应•姆潘巴现象•电功•等离子态•理想流体•氦闪•玫瑰线•热力学第一定律•克拉伯龙方程•波义耳定律•熵增加原理简介某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。
这种机器正在加载查看图片集不消耗任何能量,却可以源源不断的对外做功。
发展历史欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。
正在加载查看图片集如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。
方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。
这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。
仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。
于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在右图中所画的位置上。
热力学发展初期，热和机械能的相互转化是人们研究的主题。
永动机为什么不可能？那些出现过的永动机!
永动机为什么不可能？那些出现过的永动机！永动机为什么不可能？那些出现过的永动机！永动水车自古以来，人类通过安装在河流上的水车利用水力抽水或者推动磨子磨粉。
有人设想：“如果用水车运转抽上来的水再来推动水车，这样不需要河流，水车不也能永远运转下去了吗？”(下图）。
这个设想如果实现，自己提供动力源（水）独自不停运转的梦幻装置（水车）就诞生了。
用自己送到高处的水推动自己不断运转下去的“永动水车”这是17世纪人们研制的一例永动水车。
德国的一名技师贝可勒尔在他的书中有介绍，水车（图中的H），通过齿轮推动右边的磨（M）碾谷。
同时，推动左面的装置（Q）把水送到高处。
目的是被送到高处的水再次推动水车。
人们设想，这样的话，水车就能够自发的运转下去。
像这个水车那样，无需外力、无需提供燃料而能自发地不停运转的装置，称为“永动机”。
在16世纪后半叶，以欧洲为中心，研究永动机曾经风靡一时。
但现实是残酷的，没有一例获得成功。
波义耳永动机一些著名的科学家也进行过永动机的研制。
以提出波义耳定律（描述气体的体积和压力之间的关系）而闻名的英国化学家罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627～1691），研制了到的浮力（使装置逆时针旋转的力），不会比它受到的水压大。
以上是人们研制的各种各样的永动机的例子。
不管利用重力、毛细现象、磁力还是浮力作为动力源，都以失败告终。
科学造诣很深的文艺复兴时期的画家列昂纳多·达·芬奇（1452～1519）也画有永动机的草图，但是，他得出的结论是，“这样的装置是不可能的”。
永动机对外做功，就是把自己的能量传递给外部，相当于自己能够产生能量、并把能量不断提供给外部。
这明显违反了能量既不增加也不减少的能量守恒定律。
在能量概念确立之前，就像河水推动水车一样，人们的主流认识是认为自然界的万物都是能够自发运动的。
所以人们就设想自然也一定会产生一种能量为人们利用，其产物就是对永动机的研究。
第一类永动机
第一类永动机概述第一类永动机是指一种理论上能够永动的机器，可以在不进行外部能量输入的情况下持续运转。
虽然第一类永动机在科学原理上是不可能存在的，然而，这个概念在科幻作品和一些科学研究中仍然经常出现。
背景永动机的概念源于人们对于能源和动力的追求。
自从人类有了对能源利用的需求，就一直在寻找能够持续运行而无需外部能源输入的机器。
然而，根据能量守恒定律，能量是不可能从无中产生的，因此永动机的实现是不可能的。
类型根据永动机的原理和运行方式，可以将第一类永动机分为以下几种类型：1. 弹力永动机弹力永动机利用杠杆原理和弹力来实现持续运转。
当杠杆上的负载被挤压或拉伸时，会产生反作用力，从而使机械运动。
但是，由于阻力和能量损失的存在，这种机器无法实现真正的永动。
2. 周期性转化机周期性转化机是指一种利用物质周期性转化产生能量的机器。
例如，太阳能电池板可以将太阳能转化为电能，但由于太阳能的不稳定性和能量转化效率的限制，这种机器无法实现真正的永动。
3. 被动振动机被动振动机利用物体的振动来实现能量转化和运动。
例如，风力发电机利用风的气流来转动发电机产生电能。
虽然被动振动机可以在一定条件下实现持续运转，但同样受到能量损失和效率的限制。
科学原理尽管第一类永动机在科学原理上是不可能实现的，但它仍然激发了科学家和工程师对于能源利用和效率提升的研究。
科学原理主要包括以下几个方面：1. 能量守恒定律能量守恒定律是指在封闭系统中，能量的总量保持不变。
换句话说，能量不可能从无中产生，也不可能无限持续下去。
这就排除了永动机的存在可能性。
2. 热力学第一和第二定律热力学第一定律是能量守恒定律的具体表现，它指出能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。
热力学第二定律则说明了能量转化的过程中，总是会伴随着能量的不可逆损失，即热能的流失。
3. 动能和势能的转化机械运动中，动能可以转化为势能，而势能也可以转化为动能，但总能量保持不变。
举例说明永动机是不可能制成的
一、永动机的界定永动机是一类不需外界输入能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。
不消耗能量而能永远对外做功的机器，它违反了能量守恒定律，故称为“第一类永动机”。
在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。
这两类永动机是违反当前客观科学规律的概念，是不能够被制造出来的。
综上可知永动机就是能够创造能量或热量的机器，热量也是能量的一种，想100%利用热量是不可能的，就如能量的转化是有条件的，不可能100%的。
第一类永动机是想创造能量，第二类永动机是想100%转化能量，事实证明这是不可能的。
创造能量就如创造宇宙，在现有的物理基础和哲学基础都是不可能完成的事。
二、为什么永动机无法制成1.1第一类永动机最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。
历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。
十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。
创造量子都难，更别说创造能量除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功。
1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。
热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。
永动机的三大定律
永动机的三大定律永动机是一种所谓的机器，它可以在没有外部能量输入的情况下或在只有一个热源的情况下连续运动和做功。
它违反了能量守恒定律、热力学第二定律和当前客观科学定律的概念。
它不能制造，也没有永动机原理。
永动机之所以不存在，是因为热力学被公认为自然科学中最严格的学科，在人类历史的科学实践中从未发现违反热力学三定律的反例。
其中，热力学第一定律直接决定了第一类永动机的死刑:即封闭系统的能量不能自发产生；热力学第二定律直接决定了第二种永动机的死刑:即不可能完全利用100%的能量。
任何制造永动机的尝试都注定要失败！这种永动机承认能量守恒，但试图达到100%的机械效率。
这也是不可能的。
这种永动机违反了热力学第二定律。
热力学第二定律有许多描述。
更全面的描述是，所有与热有关的宏观现象都是不可逆的。
对永动机的描述是，不可能从一个单一的热源吸收热量，将其转化为有用的功而不引起其他变化。
简而言之，热机的效率不能达到100%。
目前，许多热机的效率只有30%以上。
卡诺热机是一种理论热机，其效率可达8 0%。
但是永远不会有100%效率的热机。
能量守恒定律能量守恒定律，即热力学第一定律，意味着封闭(孤立)系统中的总能量保持不变。
一般来说，总能量不再仅仅是动能和势能的总和，而是静态能量(固有能量)、动能和势能的总和。
能量守恒定律可以表述为:一个系统的总能量的变化只能等于传入或传出该系统的能量。
总能量是系统的机械能、热能和除热能之外的任何内能的总和。
如果一个系统处于一个孤立的环境中，能量或质量不可能进出这个系统。
在这种情况下，能量守恒定律表示为:“孤立系统的总能量保持不变。
”能量既不会在空时产生，也不会在空时消失，它只会从一种形式变化到另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量总量将保持不变。
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。
简述热力学第一定律
简述热力学第一定律
热力学第一定律是包含热量交换在内的能量守恒定律。
该定律说明对任一热力学系统从一个状态变化到另一状态的过程中，外界向该系统传递的热量，一部分使系统内能增加，一部分则用于系统对外作功。
根据该定律做功必须由能量转化而来，企图制造的设想是不可能实现的。
物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和，表达式为△U=Q W。
注意，Q表示热量，如果是吸收热量，我们记作正，如果是放出热量，我们记作负。
W表示功，如果是外界对所研究对象做工，那么我们记作正，否则我们记作负。
第一类永动机是不可能造成的。
这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。
显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
还可以这样理解，系统在绝热状态时，功只取决于系统初始状态和结束状态的能量，和过程无关。
经过绝热循环，其所做的功为零，因此第一类永动机是不可能的。
热力学第二定律
热力学第二定律是统计规律 ；
热力学第二定律给出了过程进行的方向。
完
分布无序
微观概率大
自发过程的方向性，从微观上看是大量分子无规运动的结果。
以气体的自由膨胀为例说明热力学第二定律的统计意义
为什么微观概率小
孤立容器用隔板等分成
微观概率大
两格
取消隔板，气体自由膨胀
每一个分子有两种可能的等概率 微观分布状态（在A或B）
隔 板
4个可区分的分子出现在A、B 两半的可能分布方式，即系统的 微观分布状态总数目是各分子微 观态数目的乘积
中：4个气体分子 微观上可区分，宏观上不可区分。 中：真空
即
具体分析如下：
A
B
A
B
1 4
1 1
1/16 4/16
1
4
6
1
6/16
6
4 1
1 1
4/16
1/16
பைடு நூலகம்
4
1
共 16 种微观态
5 种宏观态
4个分子都在A中的概率最小 116 1 4 2
4个分子均匀分布的概率最大
6 16
N个分子（N很大）
热力学第二定律的两种表述形式，解决了过程进行的方向问题。
证明两种表述的等价性
违反开尔文表述也就 违反克劳修斯表述！ 设有一工作在T1和T2的制冷机 高温热源 违反克劳修斯表述也就 违反开尔文表述！ 设有一工作在T1和T2的热机
T1 Q1
高温热源
Q1
A Q1
Q2
Q2
T1 Q1
A Q1 Q2
能否实现？
全部做工A，用之不尽
轮船航行：吸收海水热量Q
热力学第二定律 将告诉我们，过程的进行还有方向性 的问题，满足能量守恒的过程不一定都能进行！
轮机热工基础简答题(2)
1什么是热力学第一定律？写出热力学第一定律的数学表达式。
功和热可以相互转换，一定量的热消失时必会产生相应量的功，消耗一定量的功时也必会产生·与之对应的一定量的热。
△U=Q+W2、什么是热力学第二定律的克劳修斯说法和开尔文说法？开尔文说法：不可能制造从单一热源吸热使之完全变成功而不产生其他变化的热力发动机。
克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
3、什么是孤立系熵增原理？孤立热力学系统的熵只能增大或者不变，绝不能减小。
4、什么是第一类永动机和第二类永动机？它们为什么无法制造成功？第一类永动机：不消耗能量就可以产生机械功的热力发动机。
第二类永动机：从大一热源吸热使之完全转变成功而不引起其他变化的热力学发动机。
第一类永动机违反了热力学第一定律（能量守恒定律），第二类永动机违反了热力学第二定律吗，所以它们无法制造成功。
5在T-S图上画出卡诺循环，写出热效率的计算公式。
怎样才能增大卡诺循环热效率？吸热过程温度越高，放热过程温度越低，热效率就会越高ηt=(T1一T2)/T1)6简述卡诺定理的内容。
（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关，与可逆循环的种类也无关。
（2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。
7、膨胀功、技术功、轴功、推动功之间的联系和区别。
膨胀功是工质体积变化产生的功(w)，是基本功。
推动功(pv)是工质在流动过程中所传递的功。
膨胀功和推动功的代数和为技术功(wt)，它是工程上可以利用的功量。
轴功(ws)是指从机器轴端输出的有用功，它等于技术功与流动工质的动，位能变化量的代数和，Wt=w-(p2v2-p1v1); Wt=1/2(c22-c21)+g(z2-z1)。
8、理想气体的定容热容cv和定压热容cp谁大谁小，为什么？任何气体的定压比热比大于其定容比热。
因为等压升温工程中，气体要膨胀而对外做功，所以要比气体等容升温过程中多吸收一部分热量。
分析常见几种有趣的“永动机”
分析常见几种有趣的“永动机”我们知道，永动机有两类：不消耗能量而能永远对外做功的机器，它违反了能量守恒定律，故称为“第一类永动机”。
在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。
在人类科学发展史上曾出现过无数的学者进行开发“永动机”，其中不乏很多科学家，下面列举几种有趣不可实现的永动机。
一、重力“永动机”例1文艺复兴时期，意大利的达芬奇设计了如图1所示的装置。
他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡的力矩作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。
但实验结果却是否定的。
达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。
下列有关该装置的说法中正确的是（）A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功．B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中的能量损耗，给它一个初速度，它能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功．C．右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功．D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以永不停息地转动，在不消耗其它能量的基础上，还能源源不断地对外做功．解析：该设计中，当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右边所有小球施加于轮子的动力矩等于左边所有小球施于轮子的阻力矩，轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态．如果没有摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动。
故正确答案为BC。
二、风力“永动机”例2利用牛顿第三定律，有人设计了一种交通工具，如图2所示，在平板车上装了一个电风扇，风扇转动时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上，靠风帆受力而向前运动，对这种设计，下列分析中正确的是（）A．根据牛顿第二定律，这种设计能使小车运行B．根据牛顿第三定律，这种设计能使小车运行C．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第二定律D．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第三定律解析：风扇吹出的风对风帆有向前的作用力，风又给风扇一个向后的作用力，因此对于整个装置而言，作用力和反作用力都是内力，小车不会运动，故选D．三、浮力“永动机”例3有人设计了如图3所示的“浮力永动机”。
论永动机
论永动机正文目录：1.历史及概要2.第一类永动机1.工作原理及定义2不成立的证据1.力的方面2.能量的方面3.第二类永动机1.工作原理及定义2.不成立的证据1.热力学第二定律克劳修斯表述的方面2.热力学第二定律开尔文表述的方面4.磁力永动机1.简要介绍5.总结关键词：第一类永动机，第二类永动机，能量守恒定律，热力学第二定律正文：论永动机1.历史及概要永动机，即通过一定条件可以永远对外做功的机械，科学家们从公元1200年之前就开始研究这类机械，研究者中不乏达芬奇这样的有名的机械设计师和科学家，但没有一个人成功，所以从1775年法国科学院宣布不再接受任何永动机的设计方案开始，各国就陆续不再接受永动机的专利申请。
为什么要研究永动机呢？因为这类机械一旦研究成功就将为人类带来大量能量，从此人类就将告别化石燃料，这无论在第一次工业革命时期还是第二次工业革命时期还是今天都是无法想象的，这就是为什么要研究永动机。
那么永动机是如何工作的呢?请看下图：2.第一类永动机此图为达芬奇设计的第一类永动机的构造图，从这张图我们可以看出上方钢球比下方钢球离轮心更近，给予其动力时上方钢球随轮向下方移动，下方钢球随轮向上移动，当下方钢球移动到上方时，受重力作用继续移动，上方钢球移动到下方时，由于其具有惯性还会继续向上移动，在这些综合因素的作用下轮就可以一直转动，从此我们可以得出第一类永动机的定义：不需要外界输入能量即可不断对外做功的机械。
那么它不成立的原因何在？我们先从它的工作原理也就是力的角度分析：从图中我们可以看到，虽然上方钢球比下方钢球离轮心更远，但下方钢球比上方钢球数量更多，重力更大再加上摩擦力的作用，使得这个机械会慢慢停下来。
再从能量的角度分析：此类永动机不需要外界供能就能一直对外做功，根据能量守恒定律中能量不会凭空产生这一点来看这是不可能成立的，所以第一类永动机就宣告破产了3.第二类永动机在热力学第一定律问世之后，人们意识到能量是不可能被制造出来的，于是人们就设计出这样一个装置，它可以从单一热源吸收热量并使之完全转化为功而不产生其他影响，只要工作原理满足这一定义的永动机我们称之为第二类永动机。
第一类永动机的故事
第一类永动机的故事 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-第一类永动机的故事摘要自公元1200年前后印度提出制作永动机的梦想以后，人们对于永动机的热情就从来没有减弱过，然而任何学过科学知识的人都应该明白，永动机是不可能制成的，因为永动机的原理与热力学定律是相悖的，是不符合科学原理的。
在历史上，无数人曾为第一类永动机的制造付出过努力，他们狂热的追求永动机的支持。
但无一例外，都失败了。
第一类永动机的发展历程奥恩库尔之“魔轮”据记载，欧洲早期最着名的永动机设计方案是十三世纪时法国的亨内考提出的“魔轮”。
如图所示，亨内考当时设计的装置为如图所示的圆轮结构，他在一个轮子的边缘上等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球。
无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些。
亨内考设想，右边甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，就会使轮子按照顺时针的方向永不停息地旋转下去，并且带动机器。
但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来。
经过简单的分析我们发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。
经过计算得出，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。
因此在这个永动机当中，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下之后停顿下来。
达芬奇之“滚珠”文艺复兴时期，意大利的达芬奇也设计了一个类似的装置。
滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些的地方。
他认为，如图所示，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息。
但实验结果表明，这种想法也是错误的。
经过分析我们发现，滚珠式永动机的设计原理与奥恩库尔的永动机是相同的，都利用了轮新左右两边力矩不相等使轮轴不断转动。
为什么永动机是不可能制成的
为什么永动机是不可能制成的
自古至今，一直有人想制造出能够永远运动的永动机：第一类永动机就是把机器完全与外界隔绝，依靠机器自身的能量周而复始地运行下去．然而，这违背了热力学第一定律：在没有任何外力供应能量的情况下，物体的能量既不能产生，也不会消失，当不可避免存在摩擦阻力时，机器的能量会全部消耗掉，这时机器就不可能再运行下去．第二类永动机是指机器并不与外界完全隔绝，但只是单方面地从一个外界热源中吸取热量，而能周而复始地永动下去．这种机器违背了热力学第二定律，即功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把接收的热量转变为功．
所以，永动机都是不可能制成的，因为它们违背了已经被大量实验证明了的自然界能量变化的普遍定律．。
永动机
永动机的骗局
• △自动轮骗局：1714年，德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自 动轮的永动机，原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动 缆绳运转的，整个事件是一个骗局。 • △王洪成骗局：中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方 案，他利用他设计的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转， 不久骗局被揭穿，他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的 一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。
永动机
永动机是一类所谓不需外 界输入能源、能量或在仅有一 个热源的条件下便能够不断运 动并且对外做功的机械。 ①不消耗能量而能永远对外 做功的机器，它违反了能量守 恒定律，故称为“第一类永动 机”。 ②在没有温度差的情况下， 从自然界中的海水或空气中不 断吸取热量而使之连续地转变 为机械能的机器，它违反了热 力学第二定律，故称为“第二 类永动机”。
第一类永动机
某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向 外放热或作功。这种机器不消耗任何能量，却可以 源源不断的对外做功。
（1）阿基米德螺旋永动机
斯特尔利用水槽流出的水冲击水 轮来转动，反而流回水槽的水越来 越少，很快水槽中的水就全部流回 下面的蓄水池，水轮机也就停止了 运动
（2）软臂永动机 设计者认为能缩短（弯曲）力臂 使机器获得转动，但是他没有想到 力臂虽然缩短了，阻力却增大了， 转轮只能停止在原地。 （3）奥恩库尔的永动机模型 轮轴与转盘的接触面不可能绝对 光滑，运行时势必会产生摩擦阻力， 此时机械能转化成摩擦热能，机器 将会慢慢停止。
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（4）滚珠永动机 这是因为它产生的势能小于 运动所产生的阻力，所以不能 够继续下去。
为什么人们想发明永动机
永动机如果发明出来了那么世界能源供应将会变得简单， 因为这个机器只靠热能就能源源不断的运动，那么就是说只 要有热能他就能自动的运动，所以就不用煤炭燃料了，也不 用电了，除了晚上，把他放在太阳下就能自己工作，所以就 可以源源不断的创造价值而不用消耗什么成本，如果每个人 都用了永动机那么就不需要开采煤矿了，也减少了发电了， 人类的物质生活更丰富了，人们生活过的更好了
高中物理新教材同步选择性必修第三册 第3章热力学定律 2 热力学第一定律-3 能量守恒定律
2热力学第一定律3能量守恒定律[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)二、能量守恒定律1．探索能量守恒的足迹2．能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．1．判断下列说法的正误．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(×)(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．(×)(3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(×)(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(√)2．一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(填“增加”或“减少”)________ J.答案减少50一、热力学第一定律导学探究如图1所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？图1答案内能增加了10 J减少了10 J没改变．知识深化1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W Q ΔU＋体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加－体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)．3．判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化．①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.4．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案 B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU ＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J ＝－2×105 J，B选项正确．(2020·济南市期中)如图2所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为()图2A．400 J B．1 200 J C．2 000 J D．2 800 J答案 B解析由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000)J＝1 200 J，故B正确．二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用导学探究如图3所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：图3(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？答案(1)由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W<0.(2)由p－V图像知从a状态变化到b状态，体积变大而压强不变，则温度升高，故ΔU>0.由ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热，内能增加．知识深化热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．(2020·长郡中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图4所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为T A＝300 K，试求：图4(1)气体在状态C时的温度T C；(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？答案 (1)375 K (2)气体内能增加了400 J解析 (1)D →A 为等温线，则T D ＝T A ＝300 K 气体由C 到D 为等压变化，由盖－吕萨克定律得：V C T C ＝V D T D得：T C ＝V C T D V D＝375 K ； (2)气体由A 到B 为等压变化，则W ＝－p ΔV ＝－2×105×3×10－3 J ＝－600 J ，由热力学第一定律得ΔU ＝Q ＋W ＝1 000 J －600 J ＝400 J ，则气体内能增加了400 J.三、能量守恒定律 永动机不可能制成导学探究 (1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？(2)图5为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？图5答案 (1)能量的总量不会减少．(2)这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．知识深化1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU ＝W ＋Q 知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是( )A ．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了答案ABC解析A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在不同的物体间发生转化或转移，转化或转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，所以A、B、C正确．D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能减少，但机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误．1．(热力学第一定律的理解)关于内能的变化，以下说法正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案 C解析根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及传热两个因素均有关．物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能还有可能不变或减少，A错误，C正确；物体对外做功，可能同时吸收热量内能还有可能不变或增大，B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误．2.(能量守恒定律的应用)如图6所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中()图6A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变答案 B解析 由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B 对，A 、C 、D 错．3.(热力学第一定律的应用)(2021·黄梅国际育才高级中学高二期中)如图7所示为某理想气体的p －T 图像，下列说法正确的是( )图7A ．由A 到B 的过程，气体对外做功，内能增加B ．由A 到B 是等容过程，B 到C 是等压过程，气体在C 状态时的体积比在B 状态时的体积大C ．由B 到C 的过程，外界对气体做功，放出热量D ．由B 到C 的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大答案 B解析 由A 到B 的过程为等容升温的过程，因体积不变，则W ＝0，而温度升高了，则内能增大，故A 错误；由B 到C 的过程是等压升温的过程，比较B 点、C 点与坐标原点连线的斜率可知，C 点的斜率小，则气体体积大，故B 正确；B 到C 的过程，体积变大，则气体对外做功(W <0)，而温度升高说明内能增大(ΔU >0)，由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可得Q >0，即气体要吸热，故C 错误；由B 到C 的过程气体温度升高，反映气体分子的平均动能增大，而气体分子的热运动是统计规律，不能体现所有气体分子的动能都增大，故D 错误．4．(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图8所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝(图中未画出)，横截面积为S 的绝热活塞位于汽缸内(质量不计)，下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M 的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为T 0，活塞距汽缸底部的高度为h ，现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，活塞上升了h 2，封闭理想气体吸收的热量为Q .已知大气压强为p 0，重力加速度为g .求：图8(1)活塞上升了h 2时，理想气体的温度是多少；(2)理想气体内能的变化量．答案 (1)32T 0 (2)Q －12(p 0S ＋Mg )h 解析 (1)封闭理想气体初状态：V 1＝Sh ，T 1＝T 0末状态：V 2＝S (h ＋12h )＝32Sh ， 用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，理想气体发生等压变化，设末状态的温度为T 2，由盖—吕萨克定律得V 1T 1＝V 2T 2，可得T 2＝32T 0. (2)设封闭理想气体压强为p 1，理想气体发生等压变化，对活塞，根据受力平衡可得p 1S ＝p 0S ＋Mg ，理想气体对外做功为W ＝p 1S ·12h ， 由热力学第一定律可知ΔU ＝Q －W ，联立解得ΔU ＝Q －12(p 0S ＋Mg )h .考点一 热力学第一定律1．(多选)下列过程可能发生的是( )A ．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B ．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C ．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D ．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案 ABD解析 当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A 正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B 正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能一定增加，C 错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D 正确．2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P 压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功 800 J ，同时气体向外界放热200 J ，缸内气体的( )图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案 A解析对一定质量的理想气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．3．(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中()A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量C．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量答案BC解析因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即ΔU＝0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W>0，选项A错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W ＋Q，可知Q<0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误．4.(2020·济南市期末)一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图2所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T 轴，图线ca平行于V轴，则()图2A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加答案 A解析由题图中图线ab的反向延长线过坐标原点O，可知a到b过程中，气体压强不变，体积变大，气体对外做功；温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确．b到c过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误．c到a过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误．考点二能量守恒定律永动机不可能制成5．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为()A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能量守恒定律C．没有合理的设计方案D．找不到合适的材料答案 B解析第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确．6.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法正确的是()图3A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少答案AD解析小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确．考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用7.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()图4A ．体积减小，内能增大B ．体积减小，压强减小C ．对外界做负功，内能增大D ．对外界做正功，压强减小答案 AC解析 实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W >0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q ＝0，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，内能增大，选项A 、C 正确；根据理想气体状态方程pV T＝C 可判断压强一定增大，选项B 、D 错误． 8.(2020·天津市期中)如图5所示，一定质量的理想气体，由状态a 等压变化到状态b ，再从b 等容变化到状态c ，a 、c 两状态温度相等．下列说法正确的是( )图5A ．从状态b 到状态c 的过程中气体吸热B ．气体在状态a 的内能大于在状态c 的内能C ．气体在状态b 的温度小于在状态a 的温度D ．从状态a 到状态b 的过程中气体对外做正功答案 D解析 从状态b 等容变化到状态c ，根据p b T b ＝p c T c，可知T c <T b .根据热力学第一定律，气体没有对外做功，而温度降低，则内能减小，因此一定放出热量，A 错误；理想气体的内能是由温度决定的，a 、c 两状态温度相等，因此内能相等，而c 的温度小于b 的温度，因此a 的温度小于b 的温度，B 、C 错误；从状态a 到状态b 的过程中，气体体积膨胀，对外做功，D 正确．9．(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则下列关于理想气体的说法正确的是( )A ．气体温度一定升高B ．气体的内能一定减少C ．气体的压强一定不变D ．分子间平均距离一定增大答案 AD解析 气体从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则气体内能增加1.5× 104 J ；气体的内能增加，则温度一定升高，A 正确，B 错误．气体对外界做功，体积变大，则分子间平均距离一定变大，温度升高，由pV T＝C 可知，压强可能变化，C 错误，D 正确．10．(2021·黄梅国际育才高级中学高二期中)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置．如图6所示，座舱A 与气闸舱B 之间装有阀门K ，座舱A 中充满一定质量的空气(可视为理想气体)，气闸舱B 内为真空．航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K ，A 中的气体进入B 中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换．下列说法正确的是( )图6A ．在完全失重的情况下，座舱A 内的空气对器壁的顶部没有作用力B ．气体对外做功，平衡后气体内能减小C ．气体对外不做功，平衡后气体温度不变D ．气体体积变小，平衡后压强增大答案 C解析 气体压强是大量分子对容器壁的碰撞造成的，与是否失重无关，故A 错误；该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU ＝W ＋Q ，可知内能不变；理想气体的内能只与温度有关，气体的内能不变，则温度不变，故C 正确，B 错误；由于气体体积变大，根据pV T＝C 知压强减小，故D 错误． 11.(多选)(2020·南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历如图7所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a 状态的体积为2.0×10－3 m 3，则下列说法正确的是( )图7A ．各状态气体体积V a ＝V b ＞V c ＝V dB ．b →c 过程中，气体吸热C ．c →d 过程中，气体内能增加D ．d →a 过程中，外界对气体做功200 J答案 BD解析 根据pV T＝C 可知过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体的体积越小，由题图可知V a ＝V b ＜V c ＝V d ，选项A 错误；b →c 过程中，气体的体积变大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，选项B 正确；c →d 过程中，气体温度降低，则气体内能减小，选项C 错误；d →a 过程中，气体体积减小，又因为V d ＝V c ，根据理想气体状态方程可知p c V c T c ＝p a V a T a代入数据解得V c ＝V d ＝4.0×10－3 m 3，外界对气体做功W ＝p ΔV ＝1.0×105×(4.0×10－3－2.0×10－3) J ＝200 J ，选项D 正确．12.(2020·安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ，再变化到状态C ，其状态变化过程的p －V 图像如图8所示．已知该气体在状态A 时的温度为27 ˚C ，气体由状态B 到C 过程从外界吸收热量Q ＝300 J ，求：图8(1)该气体在状态C 时的温度；(2)该气体从状态B 到状态C 的过程中内能变化量．答案 (1)300 K (2)100 J解析 (1)分析A →C 过程，由气体状态方程得p A V A T A ＝p C V C T C其中T A ＝(273＋27) K ＝300 K解得T C ＝300 K(2)分析B →C 过程，因为体积膨胀，故气体对外界做功W ＝－p B (V C －V B )代入数据解得W ＝－200 J由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q得ΔU ＝100 J13．(2021·山东滨州市高二期中)如图9所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动．活塞横截面积S ＝1.0×10－3 m 2，质量m ＝2 kg ，汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h ＝1.2 m ，室温等于27 ℃；现将汽缸置于77 ℃的热水中，已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，取g ＝10 m/s 2，求：图9(1)平衡时活塞离汽缸底部的距离；(2)此过程中内部气体吸收热量28.8 J ，气体内能的变化量．答案 (1)1.4 m (2)增加4.8 J解析 (1)设活塞距汽缸底部的距离为h 2，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，由盖－吕萨克定律得hS T 1＝h 2S T 2解得h 2＝1.4 m(2)在此过程中气体对外做功W ＝p 0S (h 2－h 1)＋mg (h 2－h 1)由热力学第一定律得ΔU ＝Q －W解得ΔU ＝4.8 J气体内能增加4.8 J.。
第一类永动机课件
任何机械装置都会因为摩擦和阻力而 产生能量损失，这是第一类永动机实 验失败的重要原因之一。
第一类永动机实验的教训与启示
科学原理的重要性
第一类永动机的尝试失败告诫我们， 必须遵循科学原理和自然规律，不能 违背基本物理定律。
创造性的价值
虽然第一类永动机的尝试失败了，但 达芬奇和鲁班的设计体现了创造性和 探索精神，这种精神在科学和工程领 域具有重要价值。
谢谢
THANKS
技术挑战
尽管科学技术不断进步，但目前尚未有任何 技术能够克服能量守恒定律的限制，制造出 第一类永动机。
第一类永动机对未来的影响
能源产业
如果第一类永动机得以实现，将对能源产业产生颠覆性 的影响，能源将变得无限且免费，极大地改变人类社会 的能源结构。
科技发展
第一类永动机的追求将推动相关领域的技术进步，如能 源存储、转换和利用技术，促进科技的发展和创新。
虽然第一类永动机的概念已经被证明是不可能的，但是科学家们仍然在探索一些 新的技术和方法，以实现更加高效、环保和可持续的能源利用方式。例如，太阳 能、风能、地热能等可再生能源已经成为当前研究的热点领域。
02 第一类永动机的原理
CHAPTER
热力学第一定律
总结词
能量守恒定律
详细描述
热力学第一定律指出能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。这意味着第一类永动 机无法实现，因为它需要违反能量守恒定律。
第一类永动机的概念最早可以追溯到中世纪，当时人们还没 有认识到能量守恒定律，因此提出了各种永动机设计方案。 随着科学技术的不断发展，人们逐渐认识到这些方案的不可 能性。
第一类永动机与第二类永动机的区别
第二类永动机是指可以从单一热源吸热使之完全变为机械 功而不引起外界变化的机器。虽然第二类永动机不能违反 能量守恒定律，但是它可以利用热力学第二定律的某些特 性来制造。
热力学第一定律的本质
热力学第一定律的本质
热力学第一定律的本质：热力学第一定律实质上就是能量守恒定律。
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变，这就是热力学第一定律的表述形式。
在工程热力学范围内，热力学第一定律可表述为热能和机械能在转移或转换时，能量的总量必定守恒。
热力学第一定律的另一种表述是第一类永动机是不可能造成的。
第一类永动机是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。
显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第一定律本质上与能量守恒定律是的等同的，是一个普适的定律，适用于宏观世界和微观世界的所有体系，适用于一切形式的能量。
自1850年起，科学界公认能量守恒定律是自然界普遍规律之一。
能量守恒与转化定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，是人类经验的总结，也是热力学最基本的定律之一。
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第一类永动机
说到第一类永动机，我们就不能不提到热力学第一定律，即能量守恒定律。
热力学第一定律可表述为:自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中，能量的数量不变。
其数学描述为:U2-U1=Q+W，其中的Q和W分别表示在状态变化过程中系统与外界交换的热量以及系统对外界所做的功，U2-U1表示能量的增量。
，即某物质循环一周回复到初始接下来让我们看一下第一类永动机的定义
状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”，这种机器不需要外界提供能量，却可以源源不断的对外做功。
显然，第一类永动机违反热力学第一定律。
任何定律从提出开始就会受到人们不断的质疑和挑战。
所以从热力学第一定律提出之后，人们提出了种种第一类永动机的设计方案。
以下我将介绍一下几种第一类永动机的设计方案。
(1)奥恩库尔的永动机
13世纪有一个叫奥恩库尔的法国人，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆。
他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去。
分析:设想该机器置于真空当中，即运行时不受到空气阻力，但我们知道轮轴与转盘的接触面不可能绝对光滑，运行时势必会产生摩擦阻力，此时机械能转化成摩擦热能，机器将会慢慢停止。
此方案不可行。
(2)滚珠永动机
滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些的地方。
设计者以为在两边重球的作用下轮子会失去平衡而转动不息。
分析:滚珠式永动机的设计原理与奥恩库尔的永动机是相同的，都利用了轮新左右两边力矩不相等使轮轴不断转动。
该设想也同样无法解决摩察阻力的问题，且在运转时，可能会出现一个正好使得轴心左右两端力矩相等的位置，这是如果轮轴的角速度正好为零，则机器停止转动。
该设计也是失败的。
(3)软臂永动机
1570年，意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。
A是一滚，滚到上端的E处，从小洞落下，个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面向上经曲面返回，复又被磁石吸引，铁球就可以这样连续运动下去。
分析:软臂永动机的臂可以弯曲。
臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。
转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。
设计者认为这样可以使机器获得转矩。
然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了，转轮只能停止在原地。
(4)阿基米德螺旋永动机
把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水磨的同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。
这样，整台机械就可以永不停息地运转下去。
分析:即使没有摩擦力，从水槽中流下的水的冲力,也不足以既带动水磨工作,又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度。
(5)浮力型永动机
利用球的重力使球串向下并接触水面，进而利用水的浮力上升，推动轮子转动。
分析:浮力控制，出口的的坡度控制(即球脱离管子落到轴轮上的速度的控制)都很难精确地实现。
运转过程中只要有水漏出，下一个球将无法从管道中落下，且随着轴轮转动时间增长，摩擦阻力增大，轴将停止转动。
以上各设计方案都很巧妙，充分利用了大自然中本来就存在的力，如磁力，水的浮力以及力矩作用。
当然，近年来也有人提出了可以利用万有引力提供远远不断力的来源，或者可以利用电磁力实现永动。
但我们不能忽视一个在所有设想方案中都存在的问题——器械间的摩擦阻力。
在实现器械间零摩擦前，不可能制造出第一类永动机。
所以解决摩擦问题是关键，近年来提出利用超导体来实现无摩擦。
我们知道，温度越低，超导的效果越好，当无限接近绝对零度时，也许可以彻底消除摩擦。
但由热力学第三定律，绝对零度不可能达到。
以当前的科学技达到一百多开尔文。
就当今科学技术发展而言我认为第一类术，实验室温度最低
永动机不可能制造出来。
不过，科技在不断发展，随着一个个定律被推翻，也许，第一类永动机会被成功制造。