高中热力学定律
热力学第一定律总结
298 K时，H2(g)的∆cHmө = -285.83 kJ·mol-1, H2S(g)和 SO2(g)的∆fHmө分别为-20.63 kJ·mol-1和-296.83 kJ·mol-1。 求下列反应在498 K时的∆rUmө。已知水在373 K时的摩 尔蒸发焓∆vapHm (H2O, 373 K) = 40.668 kJ·mol-1. 2H2S (g) + 3O2 (g) = 2SO2 (g) + 2H2O(g)
其中，T2的值由理想气体绝热方程式(pVγ=C)求得。
3、Q的计算 、 的计算
• Q = ∆U – W • 如恒容，Q = ∆U • 如恒压，Q = ∆H
1. 绝热密闭体系里，以下过程的ΔU不等于零的是： A) 非理想气体混合 B) 白磷自燃 C) 乙醚挥发 D) 以上均为0 2.“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”。我国 春节有放鞭炮的习俗。在爆竹爆炸的过程中，以 下热力学量的符号表示正确的是(忽略点火时火柴 传递给引线的少量热量) ( ) A) Q<0，W<0，ΔU<0 B) Q<0，W=0，ΔU<0 C) Q=0，W<0，ΔU<0 D) Q=0，W=0，ΔU=0
nN2CV, m(N2)(T-T1) + nCuCV,误二： ∆U =∆UN2 + ∆UCu = 0
nN2CV, m(N2)*(T-T1) + nCuCV, m(Cu)*(T-T2) = 0
正确解法：
∆U =∆UN2 + ∆UCu = ∆UN2 + ∆HCu = 0 nN2CV, m(N2)*(T-T1) + nCuCp, m(Cu)*(T-T2) = 0
• 求火焰最高温度： Qp = 0, ΔH = 0 求火焰最高温度： • 求爆炸最高温度、最高压力：QV = 0, W = 0 求爆炸最高温度、最高压力： =0
热力学第一定律
例4.3 P.183
已知T1 =300 K, p2/p1 =10和p2 /p1 =100，则T=?
m x x=0(平衡位置)
例4.4 P.184
Q是系统所吸收的能量，W是外界对系统所
U2U1QW作的功
d U d Q d或 W d Q d U pd V
热力学第一定律12
一、定体热容与内能
定体比热容cv ，定压比热容cp
p
b
d
定体摩尔热容Cv,m, 定压摩尔热容 Cp,m
c
a
e
等体过程a—b, dV=0
T+dT
T
(ΔQ)v = ΔU
0 V
c V lT i0( m m Q T )V lT i0 (m T u)V ( T u)V
三、可逆与不可逆过程
系统从初态出发经历某一过程变到末态，若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程（这时系统回到 初态，对外界也不产生任何影响），则原过程是可逆的。若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过程， 则原过程是不可逆的。
例如：气体向真空自由膨胀就是一个不可逆过 程。
判断条件
真空
•系统回到初态 •对外界也不产生任何影响
一、理想气体内能
热力学第一定律12 1、自由膨胀过程
C
A
B
焦耳实验 理想气体宏观特性：
U1 (T1 ,V 1) =U2 (T2 ,V2)=常量
证明：理想气体内能仅是状态的函数，与体积 无关，称为焦耳定律
满足pV=νRT关系；满足道尔顿分压定律； 满足阿伏加德罗定律；满足焦耳定律U=U(T)。
热力学第一定律
23
本章学习要求
• 掌握能量、热力系统储存能、热力学能、热量和功量 的概念，理解热量和功量是过程量而非状态参数。 • 理解热力学第一定律的实质能量守恒定律。 • 掌握稳定流动能量方程，能熟练运用稳定流动能量方 程对简单的工程问题进行能量交换的分析和计算。 • 掌握膨胀功、轴功、流动功和技术功的概念、计算及 它们之间的关系。 • 理解焓的定义式及其物理意义。 • 了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方 程的简化形式。
2. 宏观位能： Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
5
热力系总储存能：E ，单位为 J 或 kJ
E U Ek Ep
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
1 2 e u ek ep u cf gz 2
6
内动能-温度 热力学能 (内能U、u) 外储存能 内位能-比体积
∴流动功是一种特殊的功，其数值取决于
控制体进、出口界面上工质的热力状态。
14
根据热力学第一定律, 有 :
1 2 1 2 u1 cf 1 gz1 p1v1 q u2 cf 2 gz2 p2v2 ws 0 2 2
令 upv h，由于u、p、v都是状态参数,所以h也是 状态参数，称为比焓。
对一切热力系统和热力过程,有:
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
8
二、闭口热力系的能量方程
如图: Q=△U+W 对微元过程： Q QdUW 或 qduw 即： 热力系获得热量= 增加的热力学能+膨胀做功 对于可逆过程 : qdupdv 或
ΔU
W
qu pdv
物理高中热学公式
物理高中热学公式1. 热力学第一定律：ΔU = Q + W，其中ΔU为内能变化，Q为系统与外界交换的热量，W为系统所做的功。
2. 热力学第二定律：ΔS = Q/T，其中ΔS为系统熵的变化，Q为热量，T为温度。
3. 热容：C = Q/ΔT，其中C为热容，Q为系统吸收或释放的热量，ΔT为温度变化量。
4. 比热容：c = C/m，其中m为物体的质量。
5. 热传导定律：Q = kAΔT/x，其中Q为热量，k为热导率，A为面积，ΔT为温度差，x为导热距离。
6. 热辐射定律：P = σA(T^4 – T0^4)，其中P为单位时间内辐射的能量，σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，A为发射体参考面积，T为发射体温度，T0为参考温度。
7. 热力学循环效率：η = (W净 / Q热) × 100%，其中W净为系统净工作量，Q热为系统吸收的热量。
8. 热力学效率公式：η = (T1 – T2) / T1，其中T1为热源温度，T2为冷源温度。
9. 热平衡方程：m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2，其中m为物体的质量，c为比热容，ΔT为温差。
10. 热力学势公式：G = H – TS，其中G为吉布斯自由能，H为焓，T为温度，S为熵。
11. 熵变公式：ΔS = Qrev / T，其中ΔS为系统的熵变，Qrev为可逆过程吸放热量，T为温度。
12. 等温过程：Q = W，即等温过程中外界对系统所做的功等于系统吸收的热量。
13. 等体过程：W = 0，即等体过程中系统不做功，热量全部转化为内能。
14. 等压过程：W = PΔV，即等压过程中外界对系统所做的功等于压力乘以体积的变化量。
15. 等焓过程：Q = ΔH，即等焓过程中外界与系统的热交换量等于系统焓的变化量。
高考物理：热力学三大定律总结!
高考物理：热力学三大定律总结！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：克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。
以及熵增表述：孤立系统的熵永不减小。
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=0）不可达到。
第一定律热力学第一定律也就是能量守恒定律。
自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。
内容一个热力学系统的内能U增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它做功A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。
）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，A>0,即W为正值。
②系统对外界做功，A<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，这时系统内能的增加（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=A2.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，这时系统内能的增加（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=Q3.在做功和热传递同时存在的过程中，系统内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。
在这种情况下，系统内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和外界对系统做功A之和。
热力学四大定律
热力学四大定律：第零定律——若A与B热平衡，B与C热平衡时，A与C也同时热平衡第一定律——能量守恒定律(包含了热能)第二定律——机械能可全部转换成热能，但是热能却不能以有限次的试验操作全部转换成功(热能不能完全转化为功)第三定律——绝对零度不可达成性热力学定律的发现及理论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。
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。
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律(知识点详解及配套习题)
第三章热力学定律1．功、热和内能的改变................................................................................................ - 1 -2. 热力学第一定律....................................................................................................... - 10 -3. 能量守恒定律........................................................................................................... - 10 -4. 热力学第二定律....................................................................................................... - 18 -章末复习提高................................................................................................................ - 28 -1．功、热和内能的改变一、功和内能1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。
(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；②通过电流的热效应给水加热。
(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
2．功和内能(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
第一章热力学第一定律章总结
第一章热力学第一定律本章主要公式及其使用条件一、热力学第一定律W Q U +∆＝ W Q dU δδ+=热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。
功分为体积功和非体积功。
二、体积功的计算体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。
体积功公式⎰⋅-=dV p W 外 1 气体向真空膨胀：W ＝0 2气体在恒压过程：)(12 21V V p dV p W V V --=-=⎰外外3理想气体等温可逆过程：2112ln lnp p nRT V V nRT W -=-= 4理想气体绝热可逆过程：)(12,T T nC W U m V -=∆＝理想气体绝热可逆过程中的p ，V ，T 可利用下面两式计算求解1212,ln ln V V R T T C m V -=21,12,ln lnV V C p p C m p m V =三、热的计算热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。
1. 定容热与定压热及两者关系定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， U Q V ∆= 定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Q p = ΔH定容反应热Q V 与定压反应热Q p 的关系：V p Q Q V p ∆+= nRT U H ∆+∆=∆n ∆为产物与反应物中气体物质的量之差。
或者∑+=RT g Q Q m V m p )(,,ν ∑+∆=∆RT g U Hm m)(ν式中∑)(g ν为进行1mol 反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。
2.热容 1.热容的定义式dTQ C δ=dT Q C VV δ=dT Q C pp δ=n CC VmV =,n C C p m p =, C V ，C p 是广度性质的状态函数，C V ，m ，C p,m 是强度性质的状态函数。
2.理想气体的热容对于理想气体 C p ,m － C V ,m =R 单原子理想气体 C V ，m = 23R ；C p ,m = 25R 双原子理想气体 C V ,m =25R ；C p ,m = 27R 多原子理想气体： C V ,m = 3R ；C p ,m = 4R通常温度下，理想气体的C V ,m 和C p,m 均可视为常数。
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2.热和内能
⑴热传递
①没有做功而使物体内能改变的物理过程 叫做热传递. ②热传递发生的条件 : ΔT≠0;热传递过程中, 热量从高温物体传递到低温物体. ③热传递的三种方式 : 传导 对流 辐射
⑵热和内能
①热量是在单纯传热过程中系统内能变 化的量度. ②内能在两个状态间的改变﹙差值﹚等 于外界向系统传递的热量，即ΔU=Q﹙热传 递过程与内能的关系﹚. ③热量的概念只在涉及能量的传递时才 有意义 : 不能说物体具有多少热量,只能说 物体吸收或放出了多少热量.
W Q
任何一部热机都包含三个部分 : 高温热库,如蒸汽机的锅炉,内燃机的汽缸; 工作部分, 低温热库,如冷凝器﹙尾喷管,量 散失可以减少,甚至不考虑时,工质吸收的热 量仍然不能全部变成功.因为总有一部分热 量要排放给低温热库,即总有Q>W, ∴ 1.
⑷热力学第三定律
不可能通过有限的过程把一个物体冷却 到绝对零度. 或 绝对零度不可能达到
6.能源和可持续发展
⑴能量耗散和品质降低
①没有办法把流散到周围环境的内能重 新收集起来加以利用,这种现象叫做能量的 耗散. 机械能、电能、化学能等都是集中度较 高并且有序度较高的能量,它们变为内能后, 就成为更加分散并且无序度更大的能量. 各种形式的能量向内能的转化,是无序程 度较小的状态向无序程度较大的状态的转化, 这一转化能自动地、全额地发生.
⑵热力学第二定律的一种表述
﹙克劳修斯表述﹚ 热量不能自发地从低温物体传到高温 物体. ﹙或 : 不可能使热量由低温物体传递 到高温物体而不引起其他变化﹚
逆过程的进行,必须有第三者的介入﹙或 必须借助外界的帮助﹚,这样就会引起其他变 化﹙产生其他影响﹚. 克劳修斯表述阐述的是热传递的方向性.
⑶热力学第二定律的另一种表述
⑷第二类永动机不可能制成
能从单一热源吸收热量,使之完全变 为有用的功而不产生其他影响的热机叫 做第二类永动机. 第二类永动机虽然不违反热力学第一 定律,但是违反了热力学第二定律,所以是 不可能制成的.
5.热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律的微观解释
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.
公式ΔU=Q+W表示内能改变与热量、功 之 间的关系,是热力学第一定律的数学形 式,注意 物体吸热Q>0 物体放热Q<0 外界对物体做功W>0 物体对外界做功W<0 物体内能增加ΔU>0 取决于Q+W的值 物体内能减少ΔU<0
⑵能量守恒定律
①俄国化学家盖斯的发现—能量守恒定 律的先驱. ②德国医生J.R.迈尔的观点—第一个能 量守恒的思想. ③德国科学家H.亥姆霍兹的工作 ④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其总量保持不变.
⑶永动机不可能制成
不消耗任何能量,却可以源源不断地 对外做功的机器叫做第一类永动机. 第一类永动机违反了能量守恒定律, 是不可能造成的.
4.热力学第二定律
⑴与热现象有关的宏观过程的方向性
热传递现象的方向性 扩散现象的方向性 气体膨胀现象的方向性 有摩擦的机械运动中能量转化的方向 性…… 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不 可逆的.
③热力学第二定律的熵表述 在任何自然过程中,一个孤立系统的熵永 不减少. 由此,热力学第二定律又称为熵增加原理. ④系统有序的可能是存在着的,只是因为 通向无序的渠道比通向有序的渠道多得多,所 以无序程度较大的宏观态即熵较大的宏观态 出现的几率就较大.
⑤一个孤立系统总是从熵小的状态向 熵大的状态演变,而熵值较大意味着较为 无序,所以自发的宏观过程总是向着无序 程度更大的方向演变.
热力学定律
1.功和内能
⑴焦耳的实验
①使系统的热力学状态发生变化的 两个途径是做功和传热. ②与外界没有热交换的过程叫做绝 热过程. ③焦耳的实验说明 : 使系统状态通过 绝热过程发生变化时,做功的数量只由过 程的始末状态决定,而与做功的方式无关.
⑵内能
①功是能的变化的量度. ②任何热力学系统都存在一个只依赖 于系统自身状态的物理量—内能. ③内能在两个状态间的改变﹙差值﹚等 于外界在绝热过程中对系统所做的功，即 ΔU=W ﹙做功过程与内能的关系﹚.
⑶熵
①系统宏观态所对应的微观态的多少表征了系 统宏观态的无序程度,该无序程度决定着宏观过程 的演变方向. ②若用Ω表示系统一个宏观态所对应的微观态 的数目,则Ω就是该系统分子运动无序性的量度.用S 表示熵,定义 S=klnΩ 式中k是玻尔兹曼常数. 熵S也是系统分子运动无序性的量度.熵较大的 宏观态就是无序程度较大的宏观态.
﹙开尔文表述﹚ ①热机 凡是把内能转变为机械能的机器都 叫做热机.如 蒸汽机 内燃机﹙汽油机,柴油机﹚ 汽轮机﹙蒸汽轮机,燃气轮机﹚ 喷气发动机
②热机中热量损失的途径 : 漏气、机 体散失和摩擦,废气. 由于热量损失,热机输出的机械功W总 是小于燃料燃烧释放的热量Q.
③热机的效率 热机输出的机械功与燃料燃烧产生的热 量的比,叫做热机的效率.
②从可被利用的价值来看,内能较之 机械能、电能等,是一种低品质的能量. ③能量耗散虽然不会使能的总量减少, 却会导致能量的品质降低. ④虽然能量不会减少但能源会越来越 少,所以应当节约能源.
⑵能源与人类社会发展 ⑶能源与环境 ⑷开发新能源
④由此,热力学第二定律又可以表述如下 不可能从单一热库吸收热量,使之完全用 于做功,而不产生其他影响. 开尔文表述阐述的是机械能与内能转化 的方向性 : 机械能可以全部转化为内能,内 能却无法全部用于做功而转化成机械能.
⑤热力学第二定律的克劳修斯表述和开 尔文表述是等价的.两种表述可以互相推导. 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程 都具有方向性,定律揭示了有大量分子参与 的宏观过程的方向性 : 一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的.这种不可逆 性都是互相关联的,由一种过程的不可逆性 可以通过推理得知另一种过程的不可逆性. 由此,对任何一类宏观过程进行的方向的说 明,都可以作为热力学第二定律的表述.
⑶做功和热传递
①做功和热传递对改变系统内能是等效的 ②做功和热传递的重要区别 : 做 功—内能与其他形式能之间的转化; 热传递—内能在物体之间或物体不同部分 之间的转移.
3.热力学第一定律 能量守恒定律
⑴热力学第一定律
单纯对系统做功 : ΔU=W, 单纯对系统传热 : ΔU=Q; 一般情况下,物体与外界同时发生做功和 热传递,则ΔU=Q+W. 热力学第一定律 : 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.