最后更新: 2024-12-19 15:58 查看: 229 次反馈刷题

热力学第一定律

## 热力学第一定律

焦耳的实验一方面表明, 以不同的方式对系统做功时,只要系统始末两个状态是确定的, 做功的数量就是确定的;另一方面也向我们表明, 为了改变系统的状态, 做功和传热这两种方法是等价的。也就是说, 一定数量的功与确定数量的热相对应。

我们在上节课已经知道, 单纯地对系统做功 (热力学系统的绝热过程), 内能的变化量与功的关系是

$$
\Delta U=W
$$

单纯地对系统传热, 则内能的变化量与传递热量的关系是

$$
\Delta U=Q
$$

既然做功与传递热量对改变系统的内能是等价的, 那么, 当外界既对系统做功又对系统传热时, 内能的变化量就应该是

$$
\Delta U=Q+W
$$

也就是说, **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的功的和。这个关系叫作热力学第一定律 (first law of thermodynamics)**。

可见, “问题” 栏目中的汽缸内气体内能的变化量等于活塞对气体所做的功与通过加热向汽缸内气体传递的热量之和。

## 能量守恒

热力学第一定律，实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律。
能量守恒定律可以表述为：**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**。能量守恒是自然界的普遍规律。根据能量守恒定律，物理学发现和解释了很多科学现象。

## 总结
1.改变物体内能的两种方式
（1）做功；（2）传热
2.热力学第一定律
（1）内容：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。
(2)表达式: $\Delta U= e{Q+W}$ 。
(3)表达式中的正、负号法则：
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## 判断
1.做功和传热改变物体内能的实质是相同的.( $\times$ ）
2.绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J ，气体的内能一定减少 20 J 。(X)

3.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.（ $\sqrt{ }$ ）

1.热力学第一定律的理解
(1)内能的变化常用热力学第一定律进行分析.
(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正.
(3)与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0.
(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.

2.三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体内能的增加(减少)；
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加(减少)；
(3)若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体放出(吸收)的热量.

`例` 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 $7.0 \times 10^4 J$ ，气体内能减少 $1.3 \times 10^5 J$ ，则此过程
A.气体从外界吸收热量 $2.0 \times 10^5 J$
B. 气体向外界放出热量 $2.0 \times 10^5 J$
C.气体从外界吸收热量 $6.0 \times 10^4 J$
D.气体向外界放出热量 $6.0 \times 10^4 J$
解：由热力学第一定律 $\Delta U=W+Q$ 得 $Q=\Delta U-W=-1.3 \times 10^5 J-7.0 \times 10^4 J$ $=-2.0 \times 10^5 J$ ，即气体向外界放出热量 $2.0 \times 10^5 J, B$ 正确。

`例`如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦.在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m.在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变.整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法正确的是
A.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
B.整个过程，理想气体的内能增大
C.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于　(p0S1h＋mgh)
D.左端活塞到达B位置时，外力F等于 mgS2/S1

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 解： ![图片](/uploads/2024-12/c30850.jpg)

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