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热力学第三定律

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范文一:热力学三定律 投稿:钟燡燢

热力学第一定律

热力学第一定律(the first law of thermodynamics)就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律,表达式为Q=△U+W。表述形式: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。

该定律经过迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule等多位物理学家验证。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十九世纪中期,在长期生产实践和大量科学实验的基础上,它才以科学定律的形式被确立起来。

热力学第二定律:孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化,同样地,第二类永动机永不可能实现。

克劳修斯表述

克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性(即热量总是自发地从高温热源流向低温热源)作为出发点。

虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源,但这过程是借助外界对制冷机做功实现的,即这过程除了有热量的传递,还有功转化为热的其他影响。

1850年克劳修斯将这一规律总结为:

“不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。”

开尔文表述

开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。

第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功,但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够自发地、无条件地全部转化为热;但热转化为功是有条件的,而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。

热力学第三定律

这一定律由瓦尔特·能斯特归纳得出,并提出其表述,因而又常被称为能斯特定理或能斯特假定。

热力学第三定律(the third law of thermodynamics)是对熵的论述,一般当封闭系统达到稳定平衡时,熵应该为最大值,在任何自发过程中,熵总是增加,在绝热可逆过程中,熵增等于零。 在绝对零度,任何完美晶体的熵为零;称为热力学第三定律。[1]

范文二:热力学第三定律 投稿:方磸磹

热力学第三定律

徐中山 12225040

摘要:热力学第三定律是伴随着低温技术的研究而发展起来的普遍规律,它的正确性已由大量实验事实所证实。本文主要论述热力学第三定律的两种等价表述即能斯特定理和绝对零度达不到原理,并且简要阐述绝对熵的概念以及热力学第三定律的推论和应用。

关键词: 能斯特定理 绝对零度 绝对熵

一、能斯特定理

1906年能斯特在研究各化学反应中在低温下的性质时引出一个结论,称为能斯特定理,它的内容如下:

凝聚系的熵在等温过程中的改变随热力学温度趋于零,即

T→0lim(∆S)T=0

其中(∆S)T指在等温过程中熵的改变。

我们知道,在等温过程中:

∆G=∆H−T∆S

由于∆S有界,在T→0时显然有∆G=∆H,这当然不足以说明在一个温度范围内∆G和∆H近似相等。将上式除以T得:

∆H−∆G=∆S 在T→0时上式左方是未定式 00∂∆H∂∆G()−(=lim∆S 00T→0

如果假设

T→0lim(∆S)T=0

则∆H和∆G在T→0处不但相等而且有相同的偏导数。在根据S=−∂G∂T和上式可知:

∂∆G()=−lim(∆S)T=0 T→00

因此可得

∂∆H∂∆G()=(=0 00

这就是说,∆G和∆H随T变化的曲线,在T→0处不但相等相切且公切线与T轴平行(如图1所示)。这就说明为什么∆G<0和∆H<0两个不同的判据在低温下往往得到相似的结论。

图(1):∆G和∆H在T→0的关系

二、能斯特定理与绝对零度达不到原理的等价证明

1912年能斯特根据他的定理推出一个原理,名为绝对零度达不到原理,这个定理如下:

不可能通过有限的步骤使一个物体冷却到绝对零度。

通常认为,能斯特定理和绝对零度达不到原理是热力学第三定律的两种等价表述,现在证明两者的等价性。为此,先从理论上讨论一下在极地温度下,在绝对零度附近时什么样的过程降低温度最有效?任何热力学过程总可归结为吸热过程、绝热过程、放热过程。由于吸热将使系统的温度升高,因此它显然不是最有效的降温过程。放热过程虽然降温效率较高,但却不能持续工作。因为系统要放热,

它的温度就比外界高,当体系的温度比外界的温度更低时,放热过程就不可能在继续进行。而要使系统的温度达到绝对零度,就总要到达系统温度比外界温度更低的阶段。因此在极地温度下最有效的降温过程是可逆绝热过程,因此只要证明,不可能用可逆绝热过程达到绝对零度,就证明了热力学第三定律。

令A、B为状态空间中可用绝热过程联系起来的两个不同的态,记为A(T1,x1)、B(T2,x2),x表示除T以外所有其它独立变量,x1,x2分别表示这些参量在A态和B态时所取的值。则A态和B态的熵分别为:

SA=S(T1,x1)=S(0,x1)+∫Cx10

T2T1dT dTSB=S(T2,x2)=S(0,x2)+∫Cx20

由于最有效的降温过程是可逆绝热过程,因此可取A和B为可逆绝热过程联系的两个态,满足SA=SB,即

T2dTdTS(0,x1)+∫Cx1= S(0,x2)+∫Cx200T1

若能斯特定理成立,则S(0,x1)= S(0,x2),由上式可得

T2dTdT∫Cx1=∫Cx200T1

注意到

∂S∂UCx>0[如CV=T()=()>0] VV

式中的被积函数恒正。若limT→0Cx(T)→0, 上式的积分不发散。若初态A的温度T1>0,则末态B的温度T2也比大于零。这就证明了

若能斯特定理成立,则从任何状态A出发(T1任意)。都不可能达到绝对零度。

反之,若能斯特定理不成立,S(0,x1)和S(0,x2)不相等。不失普遍性,令S(0,x2)>𝑆(0,x1)

T2dTdT∫Cx1= S(0,x2)− S(0,x1)+∫Cx2 00T1

选择T1,令

dT∫Cx1= S(0,x2)− S(0,x1) 0

则T2=0,绝对零度可达到,第三定律的否定形式也不成立。于是就证明了,能斯特定理和绝对零度达不到原理等价。

三、绝对熵

上面的讨论告诉我们,热力学温度趋于零时,同一物质处在热力学平衡的一切形态具有相同的熵,是一个绝对常量,可以把这绝对常量取为零。以S0表示这绝对常量,即有:

T→0T1limS=S0=0

在绝对零度时熵为零的结论和熵是系统混乱度的量度这种解释一致。在绝对零度时,无热激发,系统最有序,熵最小,可将它的数值取为零。选绝对零度时熵为零作为熵常数的起点,由此算得的熵称为绝对熵。在这种意义下:

固态的熵可表示为:

dTS=∫CP0

液态的熵可表示为: T

T,

S=∫

0TdTL,,dTCP++∫CP,TT,

其中,T,表示固体相变点的温度,L,表示固液相变潜热,CP,表示液态的定压热容。

气态的熵可表示为:

T,

S=∫

0TT,,dTL,dTL,,,dTCP++∫CP++∫CP ,,T,,TT,T,,,

,其中,T,表示气液相变点的温度,

,,L,表示汽化热,CP,表示气态的定压热容。

四、热力学第三定律的若干推论和应用

1.在绝对零度时等温线和绝热线重合,是同一根线。

2.T→0时一级相变的相平衡曲线斜率为零。

3.∆H和∆G在T→0处不但相等而且有相同的偏导数。

4.热力学温度趋于零时,同一物质处在热力学平衡的一切态具有相同的熵,是一个绝对常量。

5.T趋近于绝对零度时系统的热容趋于零。

6.T趋近于绝对零度时物质的体膨胀系数α和压强系数β趋于零。热力学第三定律独立于热力学第零、一、二定律,它的重要意义之一在于规定了绝对熵,这对于熵的计算有着重要意义。在统计物理上,热力学第三定律反映了微观运动的量子化。根据热力学第三定律,基态的状态数目只有一个,也就是说,第三定律决定了自然界中基态无简并。现代科学可以使用激光冷却的方法达到

2.4x10-11K,但永远达不到0K。

Abstract

The third law of thermodynamics is accompanied by low temperature technology research and development of universal law, its validity has been proved by a lot of experimental facts. This paper mainly discusses the two equivalent statements of the third law of thermodynamics to Nernst principle and the principle of absolute zero cannot reach, and briefly explains the concept of absolute entropy and inference and application of the third law of thermodynamics.

参考文献

[1] 汪志诚.热力学统计物理.—5版.—北京:高等教育出版社,2013

[2] 苏汝铿.统计物理学.—2版.—北京:高等教育出版社,2004

[3] 赵凯华.热学. —2版.—北京:高等教育出版社,2005

范文三:热力学三大定律 投稿:谢榎榏

热力学三大定律 热力学第零定律:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡 。热力学第零定律是热力学三大定律的基础。

热力学第一定律是能量守恒定律。 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,或者从一个物体转移到另一个物体。

热力学第二定律有几种表述方式:

克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物;

开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响。 熵表述 随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少。

关系

热力学第二定律的两种表述(前2种)看上去似乎没什么关系,然而实际上他们是等效的,即由其中一个,可以推导出另一个。

意义

热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,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。

微观意义

一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 第二类永动机(不可能制成)

只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

∵第二类永动机效率为100%,虽然它不违反能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。

热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 或者绝对零度(T=0K)不可达到。

R.H.否勒和E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0k,称为0K不能达到原理。

范文四:热力学三大定律 投稿:吴纗纘

热力学三大定律

热力学第一定律

热力学第一定律是能量守恒定律。 热力学第二定律有几种表述方式: 克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物;开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响。 热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 或者绝对零度(T=0K)不可达到。

热力学第一定律也就是能量守恒定律。

内容

一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和。(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化。)

表达式:△U=W+Q

符号规律

:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用:△U=W+Q时,通常有如下规定:

①外界对系统做功,W>0,即W为正值。

②系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W<0,即W为负值

③系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值

④系统从外界放出热量,Q<0,即Q为负值

⑤系统内能增加,△U>0,即△U为正值

⑥系统内能减少,△U<0,即△U为负值

从三方面理解

1.如果单纯通过做功来改变物体的内能,内能的变化可以用做功的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界对物体(或物体对外界)所做功的数值,即△U=W

2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能,内能的变化可以用传递热量的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界吸收(或对外界放出)热量Q的数值,即△U=Q

3.在做功和热传递同时存在的过程中,物体内能的变化,则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下,物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q

能量守恒定律

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,或者从一个物体转移到另一个物体。

能量的多样性

物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等,可见,在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。

不同形式的能量的转化

“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的。 能量守恒的意义

1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法,它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量守恒。

2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一,也庄重宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。

3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器,这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。

第一类永动机(不可能制成)

不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。

其不可能存在,因为违背的能量守恒定律

热力学第二定律

热力学第二定律有几种表述方式:

克劳修斯表述 热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体; 开尔文-普朗克表述 不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响。 熵表述 随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少。

关系

热力学第二定律的两种表述(前2种)看上去似乎没什么关系,然而实际上他们是等效的,即由其中一个,可以推导出另一个。

意义

热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,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。

微观意义

一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

第二类永动机(不可能制成)

只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

∵第二类永动机效率为100%,虽然它不违反能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。 热力学第三定律

热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 或者绝对零度(T=0K)不可达到。

R.H.否勒和E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0k,称为0K不能达到原理。

热力学第零定律

热力学第零定律:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡 。

热力学第零定律是热力学三大定律的基础。

热力学三大定律

热力学第一定律(能量守恒定律): 能量既不会凭空产生,也不会凭空消灭,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另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变。

财富也不会凭空产生,也不会凭空消失。只不过从你的口袋转移到他的口袋,或者从现金变成了房子或美女。

热力学第二定律:指热永远都只能由热处转到冷处。

简言之即是热不能自发的从冷处转到热处,任何高温的物体在不受热的情况下,都会逐渐冷却。热的本质乃粒子运动时所产生的能量。换言之,没有外界输入能源、能量,粒子最终都会慢慢的停顿下来,继而不再产生热能。

任何热潮都会冷却,任何泡沫都会破裂,任何人都会死,任何政权都会倒台。反过来考虑,任何冷门,在受到外界的刺激后,会变成热门,但外界刺激消失后,又回复原貌。

热力学第三定律:在热能作功的过程中,都总会有一部分能量会失去,并非100%原原本本地转化。而量度能量转化过程中失去的能量有多少,一般都是以熵值显示。由于能量在形式转换过程中必有能量损耗,所以在这个过程中,熵总是会增加。由于在趋近于绝对温度零度时基本上可说差不多没有粒子运动的能量,所以在这个状态下,亦不会有熵的变化,这样的熵变化率自然是零。换句话说,绝对零度永远不可能达到。 在交易的过程中,你必须交税和费。交易得越多,额外损失越多,所以你必须减少交易的频率,减少离婚的次数。但当你穷死了的时候(一般不会这么倒霉),就不必交税了。

范文五:热力学三大定律 投稿:谢贚贛

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做功的和。(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化。)

表达式:△E=-W+Q

△E=△U+△KE+△PE[1] 2.2 符号规律

:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用: △E=-W+Q时,通常有如下规定:

①外界对系统做功,W>0,即W为正值。

②系统对外界做功,W<0,即W为负值。

③系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值

④系统从外界放出热量,Q<0,即Q为负值

⑤系统内能增加,△U>0,即△U为正值

⑥系统内能减少,△U<0,即△U为负值 2.3 理解

从三方面理解

1.如果单纯通过做功来改变物体的内能,内能的变化可以用做功的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界对物体(或物体对外界)所做功的数值,即△U=W

2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能,内能的变化可以用传递热量的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界吸收(或对外界放出)热量Q的数值,即△U=Q

3.在做功和热传递同时存在的过程中,物体内能的变化,则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下,物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q

能量守恒定律

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,或者从一个物体转移到另一个物体。

能量的多样性

物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等,可见,在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。

不同形式的能量转化

“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的。 2.4 能量守恒的意义

1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法,它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量守恒。 2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一,也庄重宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。 3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器,这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。

第一类永动机

不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。

其不可能存在,因为违背的能量守恒定律

3 第二定律

热力学第二定律有几种表述方式:

克劳修斯表述 热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体;开尔文-普朗克表述 不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响。熵表述 随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少。

3.1 关系

热力学第二定律的两种表述(前2种)看上去似乎没什么关系,然而实际上他们是等效的,即由其中一个,可以推导出另一个。

3.2 意义

热力学第二定律的每一种表述,揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,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。

3.3 微观意义

一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

第二类永动机(不可能制成)

只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

∵第二类永动机效率为100%,虽然它不违反能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。

4 第三定律

热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 或者绝对零度(T=0K)不可达到。

R.H.否勒和E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0k,称为0K不能达到原理。

5 第零定律

热力学第零定律:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡 。

热力学第零定律是热力学三大定律的基础。

范文六:定律-热力学三大定律20100727 投稿:孙葷葸

热力学定律

百科名片

热力学第二定律

化学反应不是一个孤立的变化过程,温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。

热力学定律的发现及理论

1901年,范霍夫因发现化学动力学定律和渗透压,提出了化学反应热力学动态平衡原理,获第一个化学奖。

1906年能斯特提出了热力学第三定律,认为通过任何有限个步骤都不可能达到绝对零度。这个理论在生产实践中得到广泛应用,因此获1920年化学奖。 1931年翁萨格发表论文“不可逆过程的倒数关系”,阐明了关于不可逆反应过程中电压与热量之间的关系。对热力学理论作出了突破性贡献。这一重要发现放置了20年,后又重新被认识。1968年获化学奖。

1950年代,普利戈金提出了著名的耗散结构理论。1977年,他因此获化学奖。这一理论是当代热力学理论发展上具有重要意义的大事。它的影响涉及化学、物理、生物学等广泛领域,为我们理解生命过程等复杂现象提供了新的启示。

热力学第零定律

如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。

热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。

定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。

热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。通常表述为:与第三个系统处于热平衡状态的两个

系统之间,必定处于热平衡状态。

热力学第一定律

基本内容:

热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。

普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。

表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律,系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后,内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外,还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z,则应为ΔU=Q-A+Z。当然,上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。

热力学第一定律的微分表达式

dQ=dU+dA因U是态函数,dU是全微分;Q、A是过程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符号d以示区别。又因ΔU或dU只涉及初、终态,只要求系统初、终态是平衡态,与中间状态是否平衡态无关。

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。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。

热力学第二定律

1、克劳修斯说法:

不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化。

2、开尔文说法:

不可能从单一热源吸取热使之完全变成功,而不发生其他变化。从单一热源吸热作功的循环热机称为第二类永动机,所以开尔文说法的意思是“第二类永动机无法实现”。

为什么没有永动机,就是因为有熵的原因。

TdS = dU+pdV und Qrev=TdS

熵及熵增原理

克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念(S=Q/T),而后波尔兹曼又从微观角度提出熵概念(S=klnW),其两者是相通的,近代的普里戈金提出了耗散结构理论,将熵理论中引进了熵流的概念,阐述了系统内如果流出的熵流(dSe)大于熵产生(dSi)时,可以导致系统内熵减少,即dS=dSi+ dSe<0,这种情形应称为相对熵减。但是,若把系统内外一并考察仍然服从熵增原理。

熵增原理最经典的表述是:“绝热系统的熵永不减少”,近代人们又把这个表述推广为“在孤立系统内,任何变化不可能导致熵的减少”。熵增原理如同能量守恒定律一样,要求每时每刻都成立。关于系统现在有四种说法,分别叫孤立、封闭、开放和绝热系统,孤立系统是指那些与外界环境既没有物质也没有能量交换的系统,或者是系统内部以及与之有联系的外部两者总和,封闭系统是指那些与外界环境有能量交换,但没有物质交换的系统,开放系统是指与外界既有能量又有物质交换的系统,而绝热系统是指既没有粒子交换也没有热能交换,但有非热能如电能、机械能等的交换。

热力学第三定律

有各种不同的表达方式。对化学工作者来说,以普朗克(M.Planck,1858-1947,德)表述最为适用。它可表述为“在热力学温度零度(即T=0开)时,一切完美晶体的熵值等于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。据此,利用量热数据,就可计算出任意物质在各种状态(物态、温度、压力)的熵值。这样定出的纯物质的熵值称为量热熵或第三定律熵。此定律还可表达为“不可能利用有限的可逆操作使一物体冷却到热力学温度的零度。”此种表述可简称为“绝对零度不可能达到”原理 热力学第三定律认为,当系统趋近于绝对温度零度时,系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态,因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。

范文七:热力学第一定律 投稿:夏暚暛

第一章 热力学第一定律

一 . 选择题:

1. 恒容下,一定量的理想气体,当温度升高时内能将 ( ) (A) 降低 (B) 增加 (C) 不变 (D) 增加、减少不能确定

2. 在一刚性的绝热箱中,隔板两边均充满空气,(视为理想气体),只是两边压力不等, 已知 P右< P左,则将隔板抽去后应有 ( ) (A) Q = 0 W = 0 △U = 0 (B) Q = 0 W < 0 △U > 0 (C) Q > 0 W < 0 △U > 0 (D) △U = 0 , Q = W ≠ 0

3. 有一容器四壁导热,上部有一可移动的活塞,在该容器中同时放入锌块和盐酸, 发生化学反应后活塞将上移一定距离,若以锌和盐酸为体系则 ( ) (A ) Q < 0 , W = 0 , △rU < 0 (B) Q = 0 , W > 0 , △rU < 0 (C) Q < 0 , W > 0 , △rU = 0 (D) Q < 0 , W > 0 , △rU < 0

4. 苯在一个刚性的绝热容器中燃烧,

则 C6H6(l) + (15/2)O2(g) = 6CO2+ 3H2O(g) ( )

(A ) △U = 0 , △H < 0 , Q = 0 (B) △U = 0 , △H > 0 , W = 0 (C) Q = 0 , △U = 0 , △H = 0 (D) Q = 0 , △U ≠ 0 , △H ≠ 0

5. 1mol,373K,标准压力下的水经下列二个不同过程达到 373K,标准压力下的水气, (1) 等温等压可逆蒸发 (2) 真空蒸发,这二个过程中功和热的关系为( ) (A ) W1> W2 Q1> Q2 (B) W1< W2 Q1< Q2 (C) W1= W2 Q1= Q2 (D) W1> W2 Q1< Q2

6. 有一高压钢筒,打开活塞后气体喷出筒外,当筒内压力与筒外相等时关闭活塞, 此时筒内温度将 ( ) (A ) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定

7. 封闭体系从 1 态变 B 态,可以沿两条等温途径: (甲)可逆途径(乙)不可逆途径 则下列关系式 ⑴ △U可逆> △U不可逆 ⑵ W可逆 > W不可逆

⑶ Q可逆 > Q不可逆 ⑷ ( Q可逆 - W可逆) > ( Q不可逆 - W不可逆) 正确的是 ( )

(A ) (1),(2) (B) (2),(3) (C) (3),(4) (D) (1),(4)

8. 化学反应在只做体积功的等温等压条件下,若从反应物开始进行反应,则此反应 (A ) 是热力学可逆过程 (B) 是热力学不可逆过程 (C) 是否可逆不能确定 (D) 是不能进行的过程

9. 1mol 单原子理想气体从 298K,202.65kPa 经历 ① 等温 ② 绝热 ③ 等压三条( )

(A ) W1> W2> W3 (B) W2> W1> W3 (C) W3> W2> W1 (D) W3> W1> W2

途径可逆膨胀使体积增加到原来的 2 倍,所作的功分别为 W1,W2,W3,三者的关系是

10. 凡是在孤立体系中进行的变化,其 △U 和 △H 的值一定是 ( ) (A ) △U > 0 , △H > 0 (B) △U = 0 , △H = 0

(C) △U < 0 , △H < 0 (D) △U = 0 , △H 大于、小于或等于零不确定

11. 对于下列的四种表述

(1) 因为 △H = Qp,所以只有等压过程才有 △H (2) 因为 △H = Qp,所以 Qp也具有状态焓数的性质 (3) 公式 △H = Qp只适用于封闭体系

(4) 对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程,其热量只决定于体系的始态和终态

上述诸结论中正确的是: ( ) (A ) (1) (4) (B) (3) (4) (C) (2) (3) (D) (1) (2)

12. △H = Qp此式适用于下列那个过程 ( ) (A ) 理想气体从 1013250 Pa 反抗恒定的 101325 Pa膨胀到 101325Pa (B) 0℃ ,101325 Pa下冰融化成水 (C) 电解 CuSO4水溶液

(D) 气体从 (298K,101325 Pa) 可逆变化到 (373K,10132.5 Pa)

13. 理想气体从同一始态 (P1,V1) 出发,经等温可逆压缩或绝热可逆压缩,使其终态均达到体积为 V2,此二过程做的功的绝对值应是: ( ) (A ) 恒温功大于绝热功 (B) 恒温功等于绝热功 (C) 恒温功小于绝热功 (D) 无法确定关系

14. 下列诸过程可应用公式 dU = ( Cp- nR )dT 进行计算的是: ( ) (A ) 实际气体等压可逆冷却 (B) 恒容搅拌某液体以升高温度 (C) 理想气体绝热可逆膨胀 (D) 量热弹中的燃烧过程

15. 1mol 理想气体经历可逆绝热过程,功的计算式有下列几种,

其中哪一个是错误的 ( ) (A ) Cv(T1- T2) (B) Cp(T2-T1) (C) (P1V1- P2V2)/(r-1) (D) R(T1-T2)/(r-1)

16. 对于理想气体下述结论中正确的是 ( ) (A ) (H/T)v = 0 (H/V)T = 0 (B) (H/T)p = 0 (H/P)T= 0 (C) (H/T)p = 0 (H/V)T = 0 (D) (H/V)T = 0 (H/P)T= 0

17. 1mol 单原子理想气体,从 273K,202.65 kPa 经 PT = 常数 的可逆途径压缩到 405.3 kPa的终态,该气体的 △U 为 ( ) (A ) 1702 J (B) -406.8 J (C) 406.8 J (D) -1702 J

18.对于一定量的理想气体,下列过程不可能发生的是: ( ) (A ) 恒温下绝热膨胀 (B) 恒压下绝热膨胀 (C) 吸热而温度不变 (D) 吸热,同时体积又缩小

19. 理想气体经历绝热不可逆过程从状态 1 (P1,V1,T1)变化到状态

2 (P2,V2,T2),所做的功为 ( ) (A) P2V2-P1V1 (B) P2(V2-V1)

(C) [P2V2γ/(1-γ)](1/V2γ-1)- (1/ V1γ-1) (D) (P2V2-P1V1)/(1-γ)

20. 反应 (1) C1CO3(s) → C1O (s) + CO2(g); △rHm= 179.5 kJ.mol-1 反应 (2) C2H2(g) + H2O (l) → CH3CHO (g);△rHm= -107.2 kJ.mol-1 反应 (3) C2H4(g) + H2O (l) → C2H5OH (l);△rHm= -44.08 kJ.mol-1 反应 (4) CS2(l) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g);△rHm= -897.6 kJ.mol-1 其中热效应 │Qp│>│Qv│ 的反应是 ( ) (A ) (1),(4) (B) (1),(2) (C) (1),(3) (D) (4),(3) 21. 当以 5mol H2气与 4mol Cl2气混合,最后生成 2mol HCl 气。若以下式为基本单元,则反应进度ξ应是:

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)

(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol

二 . 填空题:

1. 对于任何宏观物质,其焓 H 一定 _______ 内能 U,(填上 >、<、=) 因为 _________;对于等温理想气体反应,分子数增多的△H 一定 _________ △U,因为 ____________ 。

2. 选择“>”,“<”,“=”中的一个填入下列空格: 理想气体恒温可逆压缩 △U ______ 0, △H ______ 0

3. 实际气体符合理想气体行为的条件是在 __________________ 温度时,该气体的 [(PV)/P]T , P→0 的值应等于 ________________ 。

4. 在横线上填上 >、<、=或?(?代表不能确定) 氢气和氯气在绝热刚性容器中反应,则

(A) W ____ 0 (B) △U ____ 0 (C) △H ____ 0 (D) △H ____ Q

5. 在一绝热刚性容器中进行某一化学反应,该体系的内能变化为 ______ ,焓变化 为 _______ 。

6. 300K 时将 2mol Zn 片溶于过量的稀硫酸中,若反应在敞口容器中进行时放热Qp,在封闭刚性容器中进行时放热 Qv,则 Qv- Qp= _______ J。

7. 已知反应 2H2(g) + O2 (g) → 2H2O(l) 在 298K 时恒容反应热Qv= -564 kJ.mol-1,则 H2 (g) 在 298K 时标准摩尔燃烧焓:△cHm= _______ kJ.mol。

8. 300K 时 0.125 mol 正庚烷(液体)在弹式量热计中完全燃烧,放热 602kJ, 反应 C7H16 (l) + 11O2 (g) = 7CO2 (g) + 8H2 O(l) 的 △rUm= _____________, △rHm = _____________ 。 (RT ≈ 2.5 kJ)

9. 当一个化学反应的 ____________ 等于零时,该反应的热效应就不受温度影响。

10. 从统计热力学观点看,功的微观本质是 _________________________________ 。 热的微观本质是 _________________________________ 。

-1

三. 问答题:

1. 一个爆炸反应体系应看作是绝热体系还是孤立体系?

2. 凡是体系的温度有变化,则体系一定有吸热或放热现象。凡是温度不变,则体系就没有吸热放热现象。两结论对吗 ?

3. 有人说,因为 △U = Qv,而内能是个状态函数,所以虽然 Q 不是状态函数,但 Qv是个状态函数,此话对吗?请阐明理由。

4. 在盛水槽中放入一个盛水的封闭试管,加热盛水槽中的水(做为环境),使其达到沸点,试问试管中的水(体系)会不会沸腾,为什么?

5. 有人认为封闭体系“不作功也不吸热的过程 △U = 0,因而体系的状态未发生变化”,请对此加以评论并举例说明。

6. 热力学的不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。此话对吗?

7. 理想气体向真空绝热膨胀 dU = 0, dT = 0,而实际气体的节流膨胀过程 dH = 0, dT ≠ 0。上述二结论对吗?

8. 有人认为孤立体系状态改变时,内能是守恒量,而焓不是守恒量,请对此加以评论并举例说明。

9. 关系式 PVγ= 常数,适用于理想气体的绝热过程。此话对吗?

10. 一个外有绝热层的橡皮球内充 101325Pa 的理想气体,突然投入真空中球体积增 加一倍。指出该过程中 Q、W、△U 和 △H 的值(用正、负号表示)

四. 计算题:

1. 已知氢的

Cp,m= {29.07 - 0.836 10(T/K) + 20.1×10(T/K) J.K.mol (1) 求恒压下 1mol 氢的温度从 300K 上升到 1000K 时需要多少热量? (2) 若在恒容下需要多少热量?

(3) 求在这个温度范围内氢的平均恒压摩尔热容。

2. 有一绝热真空钢瓶体积为 V0 ,从输气管向它充空气(空气可视为理想气体),输气管中气体的压力为 P0 ,温度为 T0 ,由于气体量很大,且不断提供气体,所以在充气时

-3

-7

2

-1

-1

输入气管中的气体的压力、温度保持不变,当钢瓶中气体压力为 P0 时,问钢瓶中气体温度为多少?

3. 1mol 单原子理想气体,初始状态为 25℃,101325 Pa 经历 △U = 0 的可逆变化后,体积为初始状态的 2 倍。请计算 Q,W 和 △H

4. 298K 时,5×10-3m3 的理想气体绝热可逆膨胀到 610-3m3,这时温度为 278K。试求该气体的 Cv,m和 Cp,m 。

5. 1mol N2气在 300K,及标准压力下被等温压缩到 500PΘ计算 △H 值,已知气体常数 a0 = 135.8 kPa.dm6.mol-2, b0 = 0.039 dm3.mol-1,焦尔-汤姆逊系数 μb0 ]/Cp,m , Cp,m = 20.92 J.K -1.mol-1

6. 称取 0.727克的 D-核糖 C4H9O4CHO 放在一量热计中,用过量的 O2燃烧,量热计的温度由 298K 升高 0.910K,用同一仪器再做一次实验,使 0.858克苯甲酸燃烧,升温1.940K,计算该 D-核糖的摩尔燃烧内能、摩尔燃烧焓,及 D-核糖的摩尔生成焓。已知:苯甲酸的摩尔燃烧内能 △cUm为-3251 kJ.mol,液态水和 CO2(g)的摩尔生成焓分别为 -285.8 kJ.mol-1和 -393.5 kJ.mol-1。

7. 某炸弹内盛有 1mol CO 和 0.5mol O2,估计完全燃烧后的最高温度和压力各为多少。设起始温度 T1= 300K,压力 P1= 101.325 kPa。300K 时反应: CO(g) + (1/2)O2(g) = CO2(g)

的 Qv= -281.58kJ,CO2的 Cv,m /(J.K.mol) = 20.96 + 0.0293(T/K),并假定高温气体服从理想气体行为。

-1

-1

-1

J-T

= [(2a0 /RT) -

五.证明题:

1. 单原子理想气体的内能为 (3/2)nRT + C (C 为常数),请由此导出理想气体的

( U/V)T和 (H/V)T 。

2.证明对理想气体有: (Cv /V)T = 0 ; (Cp /P)T= 0

3.证明范德华气体 (P + a/Vm2)(Vm-b) = RT 的焦耳系数 (T/V)U = - a/V m2 Cv,m

4. 1mol 双原子理想气体,沿热容 C = R (气体常数)途径可逆加热,请推导此过程的过程方程式。

5.某气体状态方程式为 PVm= RT +аP (а为正数)证明该气体经节流膨胀后温度必然上升。

范文八:热力学第一定律 投稿:罗蛗蛘

五、热力学第一定律 能量守恒定律

教学目标

1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、△U的物理意义。

2、会确定W、Q、△U的正负号。

3、理解、掌握热力学第一定律,从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。

4、会用△U = W + Q分析和计算问题。

5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。

6、要有能量意识,会用能量守恒的观点分析、解决有关问题,明确它的优越性。

7、知道第一类永动机不可能成功的原因。

8、人类对自然规律的认识是不断深入的。

重点、难点分析

重点:能量守恒定律

难点:热力学第一定律△U = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定,这对学生是很困难的,要用收入、支出和结存的观点去分析,要抓住研究对象。

另一难点是用能量守恒的观点去分析和解决问题,它的优越性是不管中间过程细节问题,要逐渐培养学生用能量观点解题。

课时安排:一课时

课前准备:

教师:柴油机模型、电动机、电炉子、灯泡、电池、打气筒、投影仪、胶片、多媒体

学生:电动玩具、利用机械能守恒定律制成的小玩具、植物标本(如玉米粒)

教学设计(教学过程)

引入新课

我们在前面学习了改变内能的两种方式:做功和热传递,即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能,那么它们之间有什么数量关系呢?以前我们还学习过电能、化学能等各中形式的能,它们在相互转化的过程中遵守什么样的规律呢?今天我们就来研究这些问题。

板书:第六节 热力学第一定律 能量守恒定律

同学们带着下列问题看课本,看到△U = W + Q

板书:(投影片)

1、一个物体,如果它跟外界不发生热交换,那么外界对它做功与物体对外做功,会引起物体内能怎样的变化?

2、一个物体,如果外界与物体之间没有做功,那么物体吸热与放热会引起物体内能的怎样的变化?

3、如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程,W、Q、△U的正负号如何确定?

4、W、Q、△U三者都有正负,它们的关系怎样?

让同学们前后座四人为一小组,互相交流一下,得出正确结论。 让同学举手发言,代表自己小组发言,其他小组补充,老师给以适当点拨。

答案:(胶片给出)

1、外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少。

2、物体吸热,物体的内能增加;物体放热,物体的内能减少。

3、外界对物体做功W为正,物体对外做功W为负;物体吸热Q为正,物体放热Q为负;物体内能增加△U为正,物体内能减少△U为负。

4、△U = W + Q

这就是热力学第一定律,它表示了功、热量跟内能改变之间的定量关系。

例:一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量,内能增加了4.2×105J。是气体对外界做了功,还是外界对气体做了功?做了多少焦耳的功?如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程做功情况怎样?

解:根据题意得出:

Q = 2.6×105J,△U =4.2×105J,求:W = ?

根据△U = W + Q代入可得:4.2×105J = W + 2.6×105J

W = 1.6×105J

W为正值,外界对气体做功,做了1.6×105J功。

第二问中:Qˊ= 2.6×105J,△Uˊ=1.6×105J,计算结果Wˊ= - 1.0×105J。

这说明气体对外界做功(气体体积变大),做了1.0×105J。

让同学们观看柴油机模型,用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理。

活塞压缩气体,活塞对气体做功,由于时间很短,散热可以不计,机械能转化为气体的内能,温度升高,达到柴油燃点,可“点燃”柴油。 做功和热传递都能使物体的内能改变,能量在转化的过程中守恒,不仅机械能,其它形式的能也可以与内能相互转化,如电流通过电炉子发热,电能转化为内能(演示电炉子);燃料燃烧生热,化学能转化为内能。实验证明:在这些转化过程中,能量都是守恒的。由此引发了我们更深刻的思考。

同学们把剩下的课文看完

再看一段录象:风力发电,电镀,电动机带动水泵抽水,汽车在公路上行驶,水电站,植物生长,风云雷电等,再观看准备的教具及学生带来的玩具。

投影仪再次打出讨论的题目:

1、能量守恒定律的内容是什么?

2、各种机器的作用是什么?

3、风力发电是什么能转化成什么能?

4、化学上电解食盐的过程,是什么能转化成什么能?

5、为什么说能量守恒定律是伟大的运动基本规律?

6、第一类永动机为什么不能成功?

7、举出一些生活中能量守恒的实例

让同学们前后座四人为一小组,互相交流一下,得出正确结论。 让同学举手发言,代表自己小组发言,其他小组补充,老师给以适当点拨。

答案:(胶片给出)

1、见课本。

2、各种机器都是能量转化器。

3、是机械能转化为电能。

4、是电能转化为化学能。

5、能够把各个领域联系起来,具有共同语言。

6、它违背了能量守恒定律。

7、举不胜举。能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。

教学设计说明

1、热力学第一定律△U= Q + W中各字母正负值的确定是个难点,难就难在物理意义不清楚,设计的前半部分都是围绕着这一难点展开

的。

2、各种能量在一定条件下可以互相转化,转化过程中总能量守恒。这是一个意识的问题,或者说是悟性,从内心深处感觉到总能量不变,这是很重要的物理思想。

3、以前我们学习的机械能守恒定律、动能定理等,还有刚学的热力学第一定律,它们都是能量守恒定律的特例,都可以统一在能量守恒定律之中,比如说,汽车刹车直到停下来的过程中,动能减少,内能增加,也可以说,汽车克服摩擦力做功等于汽车减少的内能。 随堂练习:

1、 一家庭用高压锅煮饭,当水煮沸时跑气了,大量热气喷到了距离高压锅3米以外的小张手上,但并没有烫伤,为什么?

2、一定质量的气体,气体受热膨胀对外界做了2.0×105J功,同时它的内能增加了1.0×105J,气体是吸热还是放热?吸收或放出的热量为多少?

3、如图中ABCD是一条长轨道,其中AB段是倾角为θ的斜面,CD段是水平的。BC是与AB和CD都相切的一小段圆弧,其长度可略去不计。一质量为m 的小滑块在A 点从静止状态释放,沿轨道滑下,最后停在D点,A点和D点的位置如图所示。现用一沿着轨道方向的力推滑块,使它缓慢地由D点推回到A 点时停下。设滑块与轨道间的动摩擦因数为μ,则推力对滑块做的功等于( )

A、mgh B、2mgh

C、μmg (s+h / sinθ) D、μmgs+μmghcotθ

4、炮兵打靶时,炮弹在炮膛中加速飞出炮口的过程中,炮膛中的火药气体温度是变化很大还是很小?说明理由。

5、一瀑布,落差30 m,假如在下落过程中机械能的减少量全部转化为水的内能,水的温度升高多少?(水的比热容C =4.2×103J / kgk )

6、说明下列现象中能量是怎样转化的。

A、 水电站发电时,水轮机被水流冲击转动,带动发电机发电。

B、利用地热发电。

C、化学上的电镀过程。

D、植物生长过程。

7、“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域,坠落过程中可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始,经过与大气摩擦,空间站的绝大部分经过升温、熔化,最后汽化而销毁,剩下的残片坠入大海。此过程中,空间站原来的机械能中,除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量Eˊ通过其它方式散失,(不考虑坠落过程中化学反应的能量)。

(1)试导出与下列各物理量的符号表示散失能量 Eˊ的公式。

(2)算出Eˊ的数值(结果保留两位有效数字)

坠落开始时空间站的质量M = 1.17×105Kg;

轨道离地面的高度为h = 146Km;

坠落空间范围内重力加速度可看做g = 10 m / s 2;

入海残片的质量 m = 1.2×104Kg;

入海残片的温度升高△T = 3000K;

入海残片的入海速度为声速v = 340m / s

空间站材料每1千克升温1K平均所需能量C = 1.0×103J; 每销毁1千克材料平均所需能量μ = 1.0×107J。

范文九:热力学定律 投稿:高夢夣

热 力 学 定 律

一、知识要点

功和内能

1、绝热过程:系统只由于外界对它 而与外界交换能量,它不从外界吸热,也不向

外界放热,这样的过程叫做绝热过程

2、焦耳的两个代表性实验(教材P51)

3、做功与内能的关系:绝热过程中,体积减小, 做功,内能

体积增大, 做功,内能

例1、下列物理过程中,通过做功改变内能的有 ( )

A.燃料在气缸内燃烧,气缸内气体推动活塞运动,缸内气体温度降低的过程

B.子弹射入木块,子弹升温的过程

C.将重物加速举高,物体的重力势能和动能同时增大的过程(不计空气阻力)

D.冰在阳光照射下,熔化为水的过程

热和内能

1、热传递:两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要 ,温度低的物体

要 ,热量从高温物体传到了低温物体,这样的过程叫做热传递

2、热传递的三种方式:

3、热与内能的关系:体积不变的情况下, 热,内能增加, 热,内能减小

例2、热传递的规律是 ( )

A.热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体

B.热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体

C.热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体

D.热量总是从比热较大的物体传递给比热较小的物体

例3、关于物体的内能,下列说法中正确的是 ( )

A.手感到冷时,搓搓手就会感到暖和些,这是利用做功来改变物体的内能

B.物体沿光滑斜面下滑时速度增大,是利用做功来使物体内能增大

C.阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体的内能

D.用打气筒打气,筒内气体变热,是利用热传递来改变物体的内能大

热力学第一定律

1、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,这个关系叫做热力学第一定律

2、表达式:

3、符号法则:

例4、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

例5、一定量气体膨胀做功100J,同时对外放热40J,气体内能的增量ΔU是 ( )

A.60J B.-60J C.-140J D.140J

4、能量守恒定律

(1)、内容:能量既不会 ,也不会 ,它只能从一种形式转化为

别的形式,或者从一个物体转移到别的物体。

(2)、能量守恒定律的意义:

5、第一类永动机:系统在不消耗任何能量的情况下,却可以源源不断地对外做功。这种永动机违

背了 ,是不可能制成的。

例6、第一类永动机是不可能制成的,这是因为第一类永动机 ( )

A.不符合机械能守恒定律 B.违背了能的转化和守恒定律

C.没有合理的设计方案 D.找不到合适的材料

热力学第二定律

1、内容:在物理学中,反映宏观自然过程的 的定律就是热力学第二定律

2、热力学第二定律的两种表述

(1)、克劳修斯表述:热量不能 地从低温物体传到高温物体

(2)、开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之 变成功,而不产生其他影响

说明:热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的涉及热现象的都具有方向性。

3、机械能可以 转化为内能,而内能无法 用来做功以转换成机械能

4、第二类永动机不可能制成的原因是违背了

例7、关于热力学第二定律,下列表述正确的是 ( )

A. 不可能使热量从低温物体传递到高温物体

B. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功

C. 第二类永动机是不可能制成的

D. 热力学第二定律是热力学第一定律的推论

例8、下列关于能量转化的说法中,正确的是 ( )

A. 机械能可以转化为内能,但内能不能转化为机械能

B. 机械能可以转化为内能,内能也能转化为机械能

C. 机械能不可以转化为内能,但内能可以转化为机械能

D. 机械能可以转化为内能,但内能不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化

热力学第二定律的微观解释

1、一切自然过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行

2、熵增加原理

(1)熵与微观态的数目Ω的关系为:S=klnΩ

(2)在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会 ,这就是用熵的概念表示的热

力学第二定律。也把它叫做______________。

例9、下面关于熵的有关说法错误的是 ( )

A. 熵是系统内分子运动无序性的量度

B. 在自然过程中熵总是增加的

C. 热力学第二定律也叫做熵减小原理

D. 熵值越大代表着越为无序

二、巩固练习

1、某物体温度升高了,这说明 ( )

A.该物体一定吸收了热量 B.该物体可能放出了热量

C.外界对物体可能做了功 D.物体可能吸收了热量

2、下列说法中正确的是 ( )

A.吸收热量多的物体温度变化一定大 B.温度恒定时,物体的内能也可能改变

C.温度高的物体比温度低的物体内能大 D.吸收热量多的物体内能增量大

3、物体从高处落下,由于受空气阻力的影响,则它的 ( )

A.机械能减少,内能减少 B.机械能减少,内能增加

C.机械能增加,内能也增加 D.机械能和内能都不变

4、热传导的方向性是指 ( )

A.热量只能从高温物体传递到低温物体,而不能从低温物体传递到高温物体

B.热量只能从低温物体传递到高温物体,而不能从高温物体传递到低温物体

C.热量既能从高温物体传递到低温物体,又可以从低温物体传递到高温物体

D.热量会自发地从高温物体传递到低温物体,而不会自发地从低温物体传递到高温物体

5、关于热力学第二定律,下列说法正确的是 ( )

A.物体可以从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化

B.热传导是有方向性的

C.不可能使热量由低温物体传到高温物体

D.以上说法都不对

6、下列关于热力学第二定律的表述中正确的是 ( )

A. 热量不能自发地从低温物体传到高温物体

B. 不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功而不产生其他影响

C. 气体向真空的自由膨胀是不可逆的

D. 在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小

7、下列关于热机的说法中,正确的是 ( )

A.热机是把内能转化成机械能的装置

B.热机是把机械能转化为内能的装置

C.只要对内燃机不断进行革新,它可以把气体的内能全部转化为机械能

D.即使没有漏气,也没有摩擦等能量损失,内燃机也不能把内能全部转化为机械能

8、下列说法中正确的是 ( )

A. 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性

B. 一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的

C. 由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行

D. 一切物理过程都不可能自发地进行

9、下列说法正确的是 ( )

A. 冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体,因此不遵守热力学第二定律

B. 空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等

C. 自发的热传导是不可逆的

D. 不可能通过给物体加热而使它运动起来,因为违背热力学第一定律

10、如图所示,绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分,K与汽缸壁的接触是光滑的。

两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现

通过电热丝对气体a加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡,下列说法正确的( )

A. a的体积增大了,压强变小了

B. b的温度升高了

C. 加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈

D. a增加的内能大于b增加的内能

11、下列对能量耗散的理解正确的有 ( )

A. 能量耗散说明能量在不断减少

B. 能量耗散遵守能量守恒定律

C. 能量耗散说明能量不能凭空产生,但可以凭空消失

D. 能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性

12、关于能源的开发和利用,下列说法中错误的为 ( )

A.能源是有限的,无节制地利用常规能源,是一种盲目的短期行为

B.根据能量守恒,能源应该是取之不尽,用之不竭的

C.能源的开发和利用,必须同时考虑其对生态环境的影响

D.不断开发新能源,是缓解能源危机,加强环境保护的重要途径

13、如图所示,一定质量的理想气体发生如图所示的状态变化,状态A

与状态B的体积关系为VA VB(选填“大于”、“小于”或

“等于”);若从A状态到C状态的过程中气体对外做了100J的功,则此

过程中 (选填“吸热”或“放热”)

14、如图所示,一定质量理想气体从状态A变化到状态B,再由状态B变化到状态C。已知状态A的温

度为27C。气体在状态B的温度是多少?由状态B变化到状态C的过程中,气体是吸热还是放热?

15、如图所示,一定质量的理想气体从状态 A 经过等压过程到状态 B。在此过程中,气体的压强

p=1.0×10Pa,吸收的热量Q=7.0×10 J,求此过程中气体内能的增量.

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范文十:热力学定律 投稿:姜俦俧

热力学定律习题

1、下说法中正确的是( )

A.随着高科技的不断发展,绝对零度是可以达到的

B.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行

C.从单一热源吸取热量并使之全部变成有用的机械功是不可能的

D.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体,但不能自发地从低温物体传递到高温物体

2、下列说法中正确的是( )

A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性

B.热量不可能由低温物体传给高温物体

C.气体的扩散过程具有方向性

D.一切形式的能量间的相互转化都不具有方向性

3、下列说法中正确的是( )

A.在一房间内,打开一台冰箱的门,再接通电源,过一段时间后,室内温度就会降低

B.从目前的理论看来,只要实验设备足够高级,可以使温度降低到-274℃

C.第二类永动机是不能制造出来的,尽管它不违反热力学第一定律,但它违反热力学第二定律

D.机械能可以自发地全部转化为内能,内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化

4、下列说法中正确的有( )

A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律,因此不可能制成

B.根据能量守恒定律,经过不断的技术改造,热机的效率可以达到100%

C.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能真正出现的

D.自然界中的能量是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,因此要节约能源

5、热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象.所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、利用.下列关于能量耗散的说法中正确的是( )

A.能量耗散说明能量不守恒

B.能量耗散不符合热力学第二定律

C.能量耗散过程中能量仍守恒

D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有的

方向性

6.把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部,当快速下压活塞时,由于被压缩的空气骤然变热,温度升高,达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明( )

A.做功可以升高物体的温度

B.做功可以改变物体的内能

C.做功一定可以增加物体的内能

D.做功可以增加物体的热量

7、做功和热传递都能改变物体的内能,在下列改变物体内能的事例中,属于做功过程的是 ( )

A.炉火上的壶水逐渐升温的过程 B.把烧红的铁块投入水中,铁块温度降低的过程

C.物体在阳光下被晒热的过程 D.柴油机气缸内气体被压缩的过程

8、在以下实例中,通过热传递方式改变物体内能的是 ( )

A.阳光照射衣服,衣服的温度升高

B.用打气筒打气,筒内气体变热

C.手感到冷时,搓搓手就会觉得暖和些

D.擦火柴时,火柴头上的易燃物质燃烧起来

9.下列说法正确的是( )

A.物体吸收热量,其温度一定升高

B.热量只能从高温物体向低温物体传递

C.遵守热力学第一定律的过程一定能实现

D.做功和热传递是改变物体内能的两种方式

10、关于物体的内能,以下说法中正确的是 ( )

A.物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和

B.物体不从外界吸收热量,其内能也可能增加

C.外界对物体做功,物体的内能一定增加

D.物体内能的多少,跟物体的温度和体积都有关系

11.以下过程不可能发生的是( )

A.对物体做功,同时物体放热,物体的温度不变

B.对物体做功,同时物体吸热,物体的温度不变

C.物体对外做功,同时放热,物体的内能不变

D.物体对外做功,同时吸热,物体的内能不变

12.下列有关物体内能改变的判断中,正确的是( )

A.外界对物体做功,物体的内能一定增加

B.外界和物体传递热量,物体的内能一定增加

C.物体对外界做功,物体的内能可能增加

D.物体向外放热,物体的内能可能增加

13.如图所示,两个相通的容器P、Q间装有阀门K、P中充满气体,Q为真空,整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后,P中的气体进入Q中,最终达到平衡,则( )

A.气体体积膨胀,内能增加

B.气体分子势能减少,内能增加

C.气体分子势能增加,压强可能不变

D.Q中气体不可能自发地全部退回P中

14.下列说法中正确的是 ( )

A.任何物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和

B.只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能

C.做功和热传递在改变内能的方式上是不同的

D.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行

15.关于永动机和热力学定律的讨论,下列叙述正确的是( )

A.第二类永动机违反能量守恒定律

B.如果物体从外界吸收了热量,则物体的内能一定增加

C.外界对物体做功,则物体的内能一定增加

D.做功和热传递都可以改变物体的内能,但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

16.如图所示,绝热气缸直立于地面上,光滑绝热活塞封闭一定质量的气体并静止在A位置,气体分子间的作用力忽略不计,现将一个物体轻轻放在活塞上,活塞最终静止在B位置(图

中未画出),则活塞( )

A.在B位置时气体的温度与A位置时气体的温度相同

B.在B位置时气体的压强比在A位置时气体的压强大

C.在B位置时气体单位体积内的分子数比在A位置时气体单位体积内的分子数少

D.在B位置时气体分子的平均速率比在A位置时气体分子的平均速率大

17.如图,一绝热容器中有一可以自由移动的活

塞,现用开关K将活塞固定, 隔开a、b两部分。

已知a内有一定质量的理想气体,b与外界大气

连通,打开开关K后活塞向右运动直到平衡。在

此过程中( )

A.a气体对外界做功,内能减少 B.a气体不做功,内能不变

C.a气体压强变小,温度降低 D.a气体压强变小,温度不变

18、一定质量的理想气体,从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整个过程中一定有( )

A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2

C.W1=W2 D.Q1>Q2

19.如图,一绝热容器被隔板K 隔开a 、 b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空,抽开隔板K后a内气体进入b,最终达到平衡状态。在此过程中( )

A.气体对外界做功,内能减少

B.气体不做功,内能不变

C.气体压强变小,温度降低

D.气体压强变小,温度不变

20、如图所示的绝热容器,把隔板抽掉,让

左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡( )

A.气体对外做功,内能减少,温度降低

B.气体对外做功,内能不变,温度不变

C.气体不做功,内能不变,温度不变,压强减小

D.气体不做功,内能减少,压强减小

21.如图所示,是一定质量的理想气体状态变化

的过程中体积V 随热力学温度T变化的图线,由

图线可知 ( )

A.A→B过程中气体的压强变大

B.B→C过程中气体的体积不变。

C.A→B过程中气体对外做功

D.B→C过程气体对外放热

22.一定质量的理想气体自状态A经状态B变化到状态C,这一过程在P-T图中的表示如图所示,则( )

A.在过程AB中,气体压强不断变大

B.在过程BC中,气体密度不断变大

C.在过程AB中,气体对外界做功

D.在过程BC中,气体对外界吸热

23、一定质量的理想气体沿p-V坐标图中曲线所示的方向发生变化,其中曲线DBA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分,则

( )

A.气体由A变到B,一定是吸热的

B.气体由B变为A,一定是吸热的

C.气体由A变到B再变到A,吸热多于放热

D.气体由A变到B再变到A,放热多于吸热

24、下列哪些物理过程具有方向性( )

A.热传导过程

B.机械能和内能的转化过程

C.气体的扩散过程

D.气体向真空中膨胀的过程

25.一定质量的理想气体,在升温膨胀对外做功的过程中,分子的平均动能 ,气体的内能 (填“增加”或“减小”),因而伴随着 过程(填“吸热”或“放热”)。

26.某气体初态时有100J内能,膨胀过程中对外做功30J,同时吸收了20J的热量,在这过程中内能 (填“增加”或“减少”) J。

27、某固态物体放出800 J热量后,温度降低5°C,如果外界对该物体做功1400 J,物体的温度升高10°C,仍为固态,则可推知物体还 热 J.

28.热力学第二定律的两种表述分别是:

(1)______________________________________.

(2)_______________________________________.

29.________________的热机称为第二类永动机.

30.人们没有办法把浪散的内能重新收集起来加以利用,这种现象叫做_______.

31.热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的涉及________的宏观过程都具有方向性.

32.能量耗散是从__________角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.

33.热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的涉及___________现象的宏观过程都具有_________性,例如机械能可以___________转化为内能,但内能_________全部转化为机械能,而不引起其他变化.

参考答案:

1、 BD 2、C 3、C 4、D 5 CD 6 B 7 .D 8 .A 9 D 10 .ABD 11、 BC 12 CD

13 D 14 C 15 D 16 B D 17 A C 18 A 19 B D 20 C 21 A D 22BC 23 ACD

24 ABCD 25、增加;增加;吸热 26、减少 10 27、吸 200

28.(1)不可能使热量由低温物体传到高温物体,而不引起其他变化,

(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化.

29.能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化 30.能量耗散. 31.热现象 32.能量转化的 33.热; 方向; 全部; 不能

参考答案:

2、 BD 2、C 3、C 4、D 5 CD 6 B 7 .D 8 .A 9 D 10 .ABD 11、 BC 12 CD

13 D 14 C 15 D 16 B D 17 A C 18 A 19 B D 20 C 21 A D 22BC 23 ACD

24 ABCD 25、增加;增加;吸热 26、减少 10 27、吸 200

28.(1)不可能使热量由低温物体传到高温物体,而不引起其他变化,

(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化.

29.能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化 30.能量耗散. 31.热现象 32.能量转化的 33.热; 方向; 全部; 不能

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