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热力学定律与能量守恒一、热力学定律1．热力学第一定律(1)内容：物体内能的增量ΔU等于外界对物体所做的功W和物体从外界吸收的热量Q的总和．(2)公式：ΔU＝①______.正值负值ΔU内能增加内能减少Q吸收热量放出热量W外界对系统做功系统对外界做功(3)改变内能的两种方式：①改变内能的两种方式是②________和③________.②做功和热传递改变内能是④______的，但做功是能量的⑤______，而热传递是⑥______.(3)对物体做功或物体吸收热量，其内能会⑦________；物体对外做功或放出热量，其内能将⑧________；两种改变内能的方式同时存在时，内能的增减由ΔU＝W＋Q决定．2．热力学第二定律表述一：⑨______________——热传导的方向性．表述二：⑩______________——机械能和内能转化过程的方向性．【重点提示】热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．3．永动机由能量守恒定律知，⑪______永动机不可能制成．由热力学第二定律知，⑫__________永动机不可能制成．4．能源与环境(1)常规能源：⑬______.常规能源带来环境污染问题，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等．(2)新能源的开发：风能、水能、太阳能、沼气、核能等．二、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另一种形式，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⑭______保持不变．自我校对①W＋Q②做功③热传递④等效⑤转化⑥能量的转移⑦增加⑧减少⑨热量不能自发地从低温物体传到高温物体⑩不可能从单一热源吸收热量，使之完全用来做功，而不产生其他影响⑪第一类⑫第二类⑬煤、石油、天然气⑭总量一、热力学第一定律的应用规律方法1．应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．2．应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．对公式ΔU＝W＋Q符号的规定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3.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．反之，对外做的功等于内能的减少．(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．反之，放出的热量等于内能的减少．(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．4．一定质量的理想气体的内能的变化由温度的变化决定，根据理想气体状态方程或气体状态变化的图像确定温度的变化是解题的关键．例1(2011·福建)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的________．(填选项前的字母)A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J，ΔU0，说明气体内能增加．理想气体的内能只跟温度有关，内能增加，温度一定升高．由于气体对外做功，所以其体积要增大，ρ＝mV，则密度减小，D选项正确．【答案】D题后反思1．理想气体内能变化、吸(放)热量，做功情况的判断方法(1)ΔU的判断：理想气体内能变化只根据温度变化即可确定．温度升高，内能增加；温度降低，内能减少．(2)W的判断：根据气体体积变化判断，体积增大，气体对外做功；体积减小，对气体做功．(3)吸(放)热量判断：在确定了ΔU、W的正负后，由ΔU＝W＋Q确定Q的正负，Q0，吸热；Q0，放热．2．气体压强变化的判断(1)根据气体定律或理想气体状态方程判断．(2)根据气体压强的两个决定因素判断．平均动能(或温度)和分子密集程度(分子数密度)、即温度越高，分子越密集，气体压强越大．【注意】内能的改变方式或压强的决定因素都涉及两个方面的因素，不能只根据某一因素来判断内能或压强如何变化．如对气体做功，其内能一定增加、温度升高，气体的压强一定增大，都是错误的．跟踪训练1(2011·山东)气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14cm.后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1个标准大气压相当于76cmHg)(1)求恒温槽的温度．(2)此过程A内气体内能______(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将______(填“吸热”或者“放热”)．诱思启导(1)A处于冰水混合物中时，气体温度为多少？(2)始、末状态气体的体积如何变化？【解析】(1)设恒温槽的温度为T2，由题意知T1＝273KA内气体发生等容变化，根据查理定律，得p1T1＝p2T2①p1＝p0＋ph1②p2＝p0＋ph2③联立①②③式，代入数据得T2＝364K(或91℃)(2)A内气体温度升高，内能增大．根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，W＝0，则Q0，即气体吸热Q等于内能的增加．【答案】(1)364K(或91℃)(2)增大、吸热跟踪训练2(2012·江苏)如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105Pa，吸收的热量Q＝7.0×102J，求此过程中气体内能的增量．诱思启导(1)由等压变化能求出B状态的体积吗？(2)气体在等压膨胀过程，气体对外界的作用力为恒力，即F＝pS为定位，由压强p和体积变化，能求出气体对外做的功吗？【解析】气体由状态A→B为等压变化，根据VBVA＝TBTA，得VB＝TBTAVA＝8.0×10－3m3体积增大量为ΔV＝VB－VA＝2.0×10－3m3气体对外做功W＝F·l＝pS·l，而Sl＝ΔV故W＝pΔV＝1.0×105×2.0×10－3J＝2.0×102J由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得ΔU＝7.0×102J＋(－2.0×102)J＝5.0×102J【答案】5.0×102J【小结】若气体为等压变化，则外界对气体或气体对外做的功可由W＝pΔV计算，若非等压变化，W≠pΔV，应注意成立的条件．二、对热力学第二定律的理解规律方法1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．热力学过程方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给低温物体．(2)机械能能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热．(3)气体体积V1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V2(较大)．(4)不同气体A和B能自发混合成不能自发分离成混合气体AB.3．热力学第一定律与第二定律的关系热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为内能；热力学第二定律却说明这一内能在不引起其他变化的情况下不可能完全变成机械能．热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体．第一定律说明在任何过程中能量必定守恒，第二定律却说明并非所有能量守恒的过程均可以实现．热力学第二定律是反映自然界中过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，在热力学中，两个定律相辅相成、缺一不可．例2(2012·课标全国)关于热力学定律，下列说法正确的是()A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程【解析】物体内能的改变只有两种方式：做功和热传递，对物体做功或向它传递热量都可以使内能增加，A选项正确．但对物体做功，同时物体向外放出热量，当W＝Q放时内能不变，当WQ放时，内能还会减少，故B选项错误．从单一热源吸收热量，在引起其他变化的情况下，可以使之完全变成功，C选项正确．在引起其他变化的情况下，热量可以从低温物体传向高温物体，D选项错误．涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，E选项正确．【答案】ACE