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第九章功和能
第九章 功 和 能
知识网络
功和内能
内能
热和内能
热力学第一定律
热力学第一定律 能量守恒定律
永动机
第一种表述
热力学定律 热力学第二定律 第二种表述
热机效率
热力学第二定律的微观意义
热力学第二定律的微观解释
熵
能量耗散
能源和可持续发展 能源与环境
开发新能源
冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之一随着人类研究的不断深入人
概述： ， ，
类不但掌握了精确的测温控温的方法还可以人工产生高热和深冷可以说现代科技的
.
每一项成功都离不开冷热的学问本章就来学习有关冷热的科学知识
， .
107GAOZHONGWULIGONGSHIDINGLIDINGLUTUBIAO
高中物理公式定理定律图表
、 、
一、 做功、 热传递与内能
一知识图解
、
绝热过程
功和内能
定义相互接触的两个物体温度不同时会自发地将热量从
： ， ，
高温物体传到低温物体这种过程叫热传递
，
热和内能
热传递 热传递的条件两物体温度不同与两物体的内能大小无关
： ，
热传递方式热传导热对流热辐射
： 、 、
热量和内能热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度
：
二重要知识剖析
、
内能
1.
热力学系统的绝热过程中外界对系统所做的功仅由初末状态决
， 小贴士
定与具体做功的过程和方法无关我们认识到任何一个热力学系统 ： 类比重力势
， ，
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是系统的 能建立内能的概念.
，
一种能量叫内能
.
内能变化和做功的关系
2.
系统由状态经绝热过程达到状态时内能的增加量等于外界
1 2 ，
对系统所做的功当外力做正功时系统内能增加外力做负功时系 注意在绝热过程中
. ， ， ， ： ，
统内能减少即 物体内能大并不意
. ： ΔU=U-U ΔU=W. ，
做功改变物体内能2的过1 程是其他形式的能与内能之间相互转化的 味着做功多只有内
，
能变化大才可能做
过程做功使物体内能发生变化时内能改变了多少用做功的数值来
，
， ， 功多
量度功是过程量物体的内能是状态量 .
. ， .
热和内能
3.
热传递和物体内能改变的关系
在单纯热传递的情况下系统由状态到达状态 内能增量为
， 1 2，
吸收的热量为 即 注意 对热的功当量
ΔU=U 也2 - 就 U 1是 ， 说物体吸收热 Q 量 ， 内 ΔU 能 = 增 Q. 加物体放出热量内能减少 不能 ： 理解为 1 卡热量
： ， ， ， ， 等于 焦耳的功要
内能改变的多少用传递的热量来量度 4.2 .
. 理解为使物体内能发
做功和热传递的比较
生变化时 卡热量相
4. ， 1
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 当于 焦耳的功
（1） . 4.2 .
做功和热传递在本质上是不同的做功使物体的内能改变是
（2） . ，
其他形式的能量和内能之间的转化热传递使物体的内能改变是物体
. ，
内能的转移
.
108第九章功和能
二、 热力学第一定律 能量守恒定律
一知识图解
、
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所做的功的和
热力学第一定律
表达式
： ΔU=W+Q
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
热力学第一定律
： ， ，
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其
能量守恒定律
， ，
总量保持不变
第一类永动机不消耗能量又源源不断地供出能量的机器
：
二重要知识剖析
、
应用热力学第一定律要明确
1.
此定律是标量式应用时热量的单位应统一为国际单位制
（1） ， .
符号法则规定 小贴士
（2） . ： 热力学第一
是物体内能的增量当物体内能增加时取 号减少时 定律不仅反映了做功
ΔU ， “＋” ，
取 号 是外界对系统做的功当外界对系统做功时取 和热传递这两种改变
“－” . W ， “＋” 内能过程是等效的，
号当系统对外界做功时取 号 是外界与系统之间传递的热
， “－” . Q 而且给出了内能的变
量当外界传递给系统热量系统吸热时取 号当系统向外
， （ ） “＋” ， 化量和做功与热传递
界传递热量系统放热时取 号 之间的定量关系.
（ ） “－” .
一定质量理想气体的内能仅与温度有关温度升高内能
（3） ， ，
增大温度降低内能减小气体做功情况仅与体积变化有关体积
， ， . ，
变大气体对外做功体积变小外界对气体做功吸放热情况可由热
， ， .
力学第一定律分析得出
.
能的转化与守恒定律
2.
能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律热力学第一定律
小贴士
（1） ， ： 第一类永动
就是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现
. 机不可能制成.
一切违背能的转化与守恒定律的过程是不可能实现的
（2） . 原因： 违背能量守
能的转化与守恒定律是认识自然改造自然的有力武器 恒原理．
（3） 、 ，
这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来使不同领域的科学 人类利用自然改
，
造自然时， 必须遵循
工作者具有了一个共同语言
. 自然规律.
109GAOZHONGWULIGONGSHIDINGLIDINGLUTUBIAO
高中物理公式定理定律图表
、 、
三、 热力学第二定律
一知识图解
、
第一种表述 克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体
： （ ） .
它阐述了热传递的方向性
热力学第二定律 第二种表述 开尔文表述不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功
： （ ） ， ，
而不产生其他影响它阐述了机械能与内能转化的方向性
.
第二类永动机
二重要知识剖析
、
热力学第二定律的实质 小贴士
1. ： 反映宏观自
一切与热现象有关的宏观自然过程都是有方向性的都是不可
然过程的方向性的定
，
逆的 律就是热力学第二定
.
热力学第二定律的意义 律.
2.
热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观
（1）
过程都具有方向性
.
热力学第二定律说明自然界中各种不可逆过程都是相关联
（2）
的即由某一过程的不可逆性可推出另一过程的不可逆性
注意 热力学第二定
， 热力学第二定律已在物理化学生物等自然学 . 科中有着 律的 ： 这两种表述是等
（3） 、 、
重要的应用对我们认识自然利用自然有重要的指导意义 效的
， 、 . .
热传导的方向性
3.
两个温度不同的物体相互接触时热量会自发地从高温物体传
， 自发地过程就
给低温物体结果使高温物体的温度降低低温物体的温度升高
“ ”
， ， . 是不受外来干扰进行
热机
4. 的自然过程
定义把内能转化为机械能的装置例汽油机柴油机 .
（1） ： . 、 .
原理热机从热源吸收热量 推动活塞做功 然后向
冷凝 （ 器 2 释 ） 放热量 ： Q 1 ， W， 要将热量从低温
Q． 物体传向高温物体
效率我2们把热机做的功 和它从热源吸收的热量 的比 ，
（3） ： W Q 必须有外界的影响
1 “
值叫做热机效率用表示即 W 或帮助 就是要有外
， 浊 ， 浊＝ ． ”，
Q 界对其做功才能完成
注意热机必须有热源和冷凝器1 .
： . 电冰箱就是一例
热机的效率不可能达到 即使是理想热机没有摩 .
（4） 100%， ，
擦也没有漏气等能量损失它也不可能把吸收的能量百分之百地
， ，
转化成机械能总要有一部分热量散发到冷凝器总有
， ， Q>W. 小贴士
第二类永动机 1 ： 第二类永动
5.
只从单一热库吸收热量使之完全变成有用功而不引起其他变 机不可能制成， 违背
， 了热力学第二定律.
化的热机
.
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