热力学定律与能量守恒定律
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒定律是描述能量转化和能量守恒的两个基本定律。
它们在热力学和物理学中有着重要的地位。
本文将探讨热力学第一定律和能量守恒之间的关系，以及它们在实际应用中的意义和重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在物理系统中不能被创造或者灭亡，只能由一种形式转化为另一种形式。
简单来说，能量的总量在任何封闭系统中都是恒定的。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，当系统吸收热量时，它的内能增加；当系统对外做功时，它的内能减少。
二、能量守恒定律能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它表明在任何封闭系统中，能量的总量保持不变。
无论能量以何种形式存在，都不会从系统中消失或出现。
能量守恒定律可以用以下数学表达式描述：ΔE = E2 - E1 = Q - W，其中ΔE表示系统内能量的变化，E1和E2分别表示系统的初态和末态能量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，系统吸收的热量和对外做的功之和等于系统内能量的变化量。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律和能量守恒定律本质上是相互关联的，两者可以互相推导和补充。
热力学第一定律强调了能量转化和能量守恒的过程，而能量守恒定律则是对热力学第一定律的数学描述。
通过热力学第一定律，我们可以更好地理解能量的转化过程，并利用能量守恒定律来计算系统中能量的变化。
在实际应用中，热力学第一定律和能量守恒定律的结合帮助我们解决能量转化和能量守恒的问题，为工程设计和科学研究提供了基础和依据。
四、热力学第一定律和能量守恒在实际中的应用热力学第一定律和能量守恒定律在能源利用和工程设计中有着广泛的应用。
例如，在热力学系统中，我们可以通过热力学第一定律来计算系统吸收的热量和对外做的功，进而计算系统内能量的变化量。
热力学三大定律分别是什么
热力学三大定律分别是什么
第一定律：能量守恒定律
第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它表明能量在自然界中不能被创造或者毁灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
这意味着一个封闭系统中的能量总量是恒定的，即能量的变化等于能量的转移。
换句话说，系统内的能量增加必须等于从系统中输出的能量减少。
第一定律的数学表达为：
$$\\Delta U = Q - W$$
其中，U为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。
第二定律：熵增定律
第二定律，又称为熵增定律，描述了自然系统朝着更高熵状态演化的方向。
熵是一个描述系统无序程度的物理量，熵增定律表明在一个孤立系统中，熵永远不会减少，只能增加或保持不变。
换句话说，热力学第二定律阐明了自然中不可逆的过程。
数学表达式为：
$$\\Delta S \\geq 0$$
其中，$\\Delta S$为系统熵的变化。
第三定律：绝对零度不可达性原理
热力学第三定律是与系统的绝对零度状态有关的定律，也称为绝对零度不可达性原理。
根据这一定律，在有限的步骤内无法将任何系统冷却到绝对零度。
绝对零度是温度的最低可能值，达到这个温度时物质的热运动会停止。
这一定律的提出主要是为了指出温度接近绝对零度时系统的行为，以及随着温度趋近于零熵也趋近于零。
具体表述为：
不可能通过有限的步骤将任何物质冷却到绝对零度。
热力学的三大定律
热力学的三大定律是热力学基本原理中的三个基本定理，它们对热力学的研究有着重要的意义。
三大定律的内涵深刻，各自有着不同的物理意义和应用场景。
下面，我们将逐一介绍这三个定律。
第一定律：能量守恒定律热力学第一定律（能量守恒定律）是热力学的最基本原理之一，它表明了能量不能被创造也不能消失，只能由一种形式转变为另一种形式。
也就是说，在任何物理过程中，系统中的能量的总量是守恒的。
如果能量从一个物理系统流出，那么就必须有等量的能量流入另一个物理系统，而不是在宇宙中消失。
这个定律还表明，能量的转移可以通过两种途径：热量传递和工作转移。
热量传递是指发生温度差时，系统中的热量会从高温区域流向低温区域的过程。
工作转移是指机械能可以被转化成其他形式的能量，例如电能、化学能或热能。
第二定律：热力学第二定律热力学第二定律是热力学基本原理中的一个非常重要的基本定理，它规定了自然界的不可逆过程。
热力学第二定律有多种表述，其中一种比较普遍的表述是符合柯尔莫哥洛夫-克拉芙特原理，即热力学第二定律表明了所有自然过程都是非平衡的，在任何自然过程中，总是存在一些能量转化的损失。
这个定律很大程度上影响了热力学的发展。
它是关于热力学过程不可逆性的集中表述。
热力学第二定律规定，热量只能从高温区域流向低温区域，自然过程总是向熵增加方向进行。
其意义在于说明热机的效率是受限的，这是由于机械能被转化成其他形式能量的过程存在热量和能量损失。
第三定律：热力学第三定律热力学第三定律是一个非常深刻的定律，它是热力学中的一个核心原理。
这个定律规定了绝对零度状态是不可能达到的。
绝对零度是指元素或化合物的热力学温度为零时，其原子或分子的平均热运动变为最小值的状态。
热力学第三定律是由瓦尔特·纳图斯于1906年提出的。
热力学第三定律的一个重要应用是在处理理想晶体的热力学问题时，可以将温度下限设为零开尔文（绝对零度）。
这个定律也为固体物理学的研究提供了基础理论。
热力学第一定律和能量守恒定律的区别
热力学第一定律和能量守恒定律的区别热力学第一定律和能量守恒定律，这两个名词听起来有点高深莫测，但其实它们都是在告诉我们一个道理：能量是不会消失的，只是会从一种形式转化为另一种形式。
这两个定律有什么区别呢？别急，让我来给你慢慢道来。
我们来看看热力学第一定律。
这个定律的名字叫做“能量守恒定律”，听起来就像是说能量是不会减少的。
实际上，这个定律告诉我们的是，在一个封闭的系统中，能量的总量是不变的。
也就是说，如果你把一个物体加热，那么它的温度就会升高，但是它的热量(即能量)是不变的。
这个定律告诉我们，能量是可以转化的，比如说，你可以把电能转化成热能，也可以把热能转化成光能。
热力学第二定律又是什么呢？这个定律的名字叫做“熵增原理”，听起来有点复杂，但其实它的意思很简单：在一个封闭的系统中，熵(即混乱程度)总是趋向于增加。
也就是说，如果你把一个苹果放在那里不动，过一段时间后，它的表面就会变得越来越光滑，因为空气中的尘埃和水分都会附着在上面。
这个定律告诉我们，能量的转化是有方向性的，有些能量是无法回收利用的。
热力学第一定律和热力学第二定律有什么区别呢？其实很简单，热力学第一定律告诉我们能量是如何守恒的，而热力学第二定律告诉我们能量是如何转化的。
换句话说，热力学第一定律告诉我们“不要把东西丢掉”，而热力学第二定律告诉我们“不要把东西弄得太乱”。
举个例子来说吧。
比如说你在家里做饭，你把米放进锅里煮，然后用火加热。
在这个过程中，米的能量被转化为热能和光能(当水沸腾时),而这些能量又被用来做饭、烧水和照明。
当你吃完饭之后，锅里的水已经凉了，米也已经没了味道。
这时候，你可以把锅洗一洗，然后再用它来烧水或者做饭。
这就是热力学第一定律告诉我们的“不要把东西丢掉”。
如果你不注意卫生，把锅里的水倒在地上或者扔到垃圾桶里，那么水就会变成污水，而污水又会污染环境。
这就是热力学第二定律告诉我们的“不要把东西弄得太乱”。
所以说，热力学第一定律和热力学第二定律虽然看起来很相似，但实际上它们是在告诉我们两个不同的道理：一个是关于能量守恒的，另一个是关于能量转化的方向性的。
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学是研究能量转化和能量传递的一门学科，而热力学第一定律和能量守恒是热力学的基本原理。
本文将对热力学第一定律与能量守恒进行探讨，并介绍它们在物理学和工程领域的重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，表明在一个封闭系统中，能量的增加等于系统所吸收的热量与系统所做的功之和。
简单来说，热力学第一定律可以表达为以下的公式：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
这个公式说明了能量并不会凭空消失，而是会转化为其他形式。
无论是吸收热量还是做功，都会对系统的内能产生影响。
二、能量守恒能量守恒是自然界中最基本的原理之一，它表明能量在任何情况下都是不会减少或增加的，只会从一种形式转变为另一种形式。
热力学第一定律即是能量守恒的具体应用。
在自然界中，能量存在于各种形式，包括热能、动能、化学能等等。
而能量的转化也是普遍存在的，比如从化学能转化为热能的火焰，从动能转化为电能的发电机等等。
能量守恒的基本原理保证了能量的总量永远不会改变。
三、物理学中的应用热力学第一定律与能量守恒在物理学中有着广泛的应用。
在热力学领域，我们可以通过研究热能的转化和传递来分析物体的热行为。
通过热力学第一定律，我们可以计算系统的内能变化，并了解热能与功的平衡关系。
此外，热力学第一定律也为热机的设计和分析提供了理论基础。
热机是利用热能转化为其他形式能量的设备，包括汽车发动机、蒸汽机等。
利用热力学第一定律，我们可以计算热机的效率，并进一步优化热机的设计。
四、工程领域的应用在工程领域，热力学第一定律与能量守恒同样具有重要作用。
例如，在能源领域，通过研究能量转化和传递的过程，我们可以找到能源利用的最佳方式，提高能源转化的效率。
此外，热力学第一定律也被应用于工厂和热电站的运行与管理。
通过分析系统所吸收的热量和做的功，我们可以了解系统的能量损失情况，并进行有效的能量管理和节约。
热力学第一定律能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律1热力学第一定律的基本概念热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，它也被称为能量守恒定律。
这个定律表达了宇宙中能量守恒的基本规律：在任何系统中，能量总是守恒的。
也就是说，能量不能被创造或破坏，只能转换成其他形式。
这个定律用简单的数学公式表达为：ΔE=Q-W其中，ΔE代表能量的变化量，Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外做功的量。
这个公式表明，系统所吸收的热量和对外做的功之和等于能量的变化量。
它也可以用下面的形式表达：∆U=Q-W其中，∆U代表系统内部能量的变化量。
这个公式表明，系统内部能量的变化量取决于吸收的热量和对外做的功的差异。
2能量的转换和守恒热力学第一定律的本质是能量守恒定律。
能量是一个宇宙中最基本的物理量之一，它包括热能、机械能、电能、化学能等各种形式。
在热力学研究中，我们主要关注的是热能和机械能的相互转换。
热能和机械能的转换通常涉及到工作物体和热源之间的能量交换。
例如，将一份热水加热到沸腾所需要的能量就来自于热源的热能。
如果我们将这个热水倒入一个容器中，它们就在容器的底部对容器产生了一个压力。
这个压力实际上就是机械能，它可以用来做功或者产生运动。
在能量的转换过程中，能量总是守恒的。
这意味着，在系统中能量的总量是不变的，只有能量的形式发生了变化。
因此，如果一个系统吸收热量Q，做了W单位的功，那么系统内部能量的变化量就是ΔE=Q-W，这个量可以用来计算系统所获得或失去的能量。
3热力学第一定律在实际生活中的应用热力学第一定律是一项非常基础的物理定律，影响到人类社会的各个领域。
在能源方面，热力学第一定律的应用非常广泛。
例如，在燃煤、核能发电等领域中，我们都需要利用热力学第一定律来分析能量的转换和利用方式。
在化学工程领域，热力学第一定律也是必不可少的工具。
例如，在制造化学反应器时，我们需要利用热力学第一定律确定系统的能量输出和输入，以便计算反应过程中的热量变化和温度变化。
热力学中的能量守恒与热力学定律
热力学中的能量守恒与热力学定律一、能量守恒定律1.定义：能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。
（1）能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。
（2）在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。
（3）能量的转化和转移具有方向性，如热能自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体。
二、热力学定律1.热力学第一定律（1）定义：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体体现，指出在任何热力学过程中，一个系统的内能变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和。
（2）公式：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。
2.热力学第二定律（1）定义：热力学第二定律是关于热力学过程方向性的一条定律，指出在自然过程中，一个系统的总熵（无序度）不会自发地减少，即自然过程总是朝着熵增加的方向进行。
（2）内容：① 熵增原理：在自然过程中，孤立系统的熵总是增加，或至少保持不变。
② 熵减原理：在一个热力学过程中，熵的减少必须通过外界输入能量来实现，并且熵的减少量不能大于外界输入的能量。
③ 可逆过程与不可逆过程：可逆过程是指系统在经历一系列变化后，可以完全恢复到初始状态的过程，其熵变为零；而不可逆过程则是指系统在经历一系列变化后，不能完全恢复到初始状态的过程，其熵变大于零。
3.热力学第三定律（1）定义：热力学第三定律是关于绝对零度的定律，指出在接近绝对零度时，熵趋向于一个常数，这个常数称为零熵。
（2）内容：① 绝对零度不可达到：根据热力学第三定律，绝对零度是一个理论上的极限，实际上无法达到。
② 熵的度量：熵是一个衡量系统无序度的物理量，热力学第三定律表明，在接近绝对零度时，系统的无序度趋于最小，即熵趋于零。
高中物理精品课件：热力学定律与能量守恒定律
命题点三 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 能力考点 师生共研
例3 (2019·陕西第二次质检)如图6所示，一个长方形汽缸放置于水平地面上， 左右侧壁光滑且绝热，底面面积为S＝20 cm2且导热良好，质量为m＝2 kg且绝 热的活塞下方封闭了一定量的理想气体，稳定时气柱长度为h＝20 cm.现在在 活塞上放一个物块(未画出)，待系统再次稳定后，活塞下方的气柱长度变为 h′＝10 cm，已知大气压强始终为p0＝1×105 Pa，重力加速度g＝ 10 m/s2，一切摩擦阻力不计、汽缸气密性良好且外界环境温度保 持不变.求： (1)活塞上所放物块的质量M； 答案 见解析
√B.气体向外界放出热量2.0×105 J
C.气体从外界吸收热量6.0×104 J D.气体向外界放出热量6.0×104 J
二 热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能 自发地 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，使之完全变成功，而不产生其 他影响. 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 减小 . 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性 增大的方向进行. 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了 热力学第二定律 .
锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 mol氧气，b部分 气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑 动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的
体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Ta<Tb
变式4 (多选)(2016·全国卷Ⅱ·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a开始，经
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[典例]
(2017· 吉林省实验中学一模)如图所示， 圆柱形容器内
用活塞封闭一定质量的理想气体，已知容器横截面积为 S，活塞 重为 G，大气压强为 p0.若活塞固定，封闭气体温度升高 1 ℃，需 吸收的热量为 Q1.若活塞不固定，仍使封闭气体温度升高 1 ℃，需 吸收的热量为 Q2.不计一切摩擦，在活塞可自由移动时，封闭气体 温度升高 1 ℃，活塞上升的高度 h 应为多少？
解析：选 B.根据热力学第一定律，W＋Q＝ΔU，所以 Q＝ΔU －W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，即气体向外界放 出热量 2.0×105 J，B 正确．
3．如图所示，一定质量的理想气体由状态 a 沿 a→b→c 变化 到状态 c 时，吸收了 340 J 的热量，并对外做功 120 J．若该气体 由状态 a 沿 a→d→c 变化到状态 c 时，对外做功 40 J，则这一过 程中气体______(填“吸收”或“放出”)______ J 热量．
能量守恒定律
，但它违背
了 热力学第二定律 ，也是不可能制成的．
[自我诊断] 1．判断正误 (1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．( √ ) (2)做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化 的过程．( √ )(3) 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消 失．( × )
解析
活塞固定时，由热力学第一定律，气体增加的内能 ΔU
＝Q1 活塞不固定时，设外界对气体做功为 W，活塞上升的高度为 h，则 ΔU＝Q2＋W＝Q2－(p0Sh＋Gh) Q2－Q1 联立解得 h＝ p0S＋G
答案 Q2－Q1 p0S＋G
应用热力学第一定律解题的步骤 (1)明确研究对象是哪个物体或者哪个热力学系统． (2)分别列出系统吸收或放出的热量 Q，外界对系统所做的功 W，系统内能的变化 ΔU. (3)根据热力学第一定律 ΔU＝Q＋W，列方程进行求解．
答案：吸收
260
4．如图所示，一竖直放置、内壁光滑的汽缸内用不计质量的 活塞封闭有一定质量的理想气体，开始时活塞距汽缸底部的高度 为 h1＝0.5 m， 给汽缸加热， 活塞缓慢上升到距离汽缸底部 h2＝0.8 m 处．
(1)若封闭气体在加热前的温度为 27 ℃， 试计算在此过程中气 体温度的变化量 Δt； (2)若在此过程中汽缸内的气体吸收了 450 J 的热量，试计算 在此过程中汽缸内封闭气体增加的内能 ΔU.(已知活塞的横截面积 S＝5.0×10
1． 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变 内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递 之间的定量关系．
2．对公式 ΔU＝Q＋W 符号的规定
符号 ＋ －
W 外界对物体做功 物体对外界做功
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU 内能增加 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量． (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量． (3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即 ΔU＝0，则 W＋ Q＝0 或 W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量．
解析： 一定质量的理想气体由状态 a 沿 a→b→c 变化到状态 c， 吸收了 340 J 的热量， 并对外做功 120 J， 由热力学第一定律有 ΔU ＝Q1＋W1＝340 J－120 J＝220 J， 即从状态 a 到状态 c， 理想气体 的内能增加了 220 J；若该气体由状态 a 沿 a→d→c 变化到状态 c 时，对外做功 40 J，此过程理想气体的内能增加还是 220 J，所以 可以判定此过程是吸收热量，由热力学第一定律有 ΔU＝Q2＋W2， 得 Q2＝ΔU－W2＝220 J＋40 J＝260 J.
第3节
热力学定律与能量守恒定律
一、热力学第一定律和能量守恒定律 1．改变物体内能的两种方式 (1) 做功 ；(2) 热传递 ． 2．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对它传递 的 热量 和外界对它 做功 的和．
(2)表达式：W＋Q＝ΔU.
3．能的转化和守恒定律 (1)内容：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， 但在转化或转移的过程中其总量不变． (2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永 动机．它是不可能制成的．
－3
m2，大气压强 p0＝1.0×105 Pa.)
解析：(1)设活塞缓慢上升到距离汽缸底部 h2＝0.8 m 处时， 汽缸内气体的温度为 t.此过程为等压过程．由盖—吕萨克定律可 h1S h2S 得 ＝ 代入数据可解得 t＝207 ℃，所以，此过程中气 300 K 273 K＋t 体温度的变化量 Δt＝180 ℃.
(2)气体克服外界大气压做功为 W＝p0ΔV p0＝1.0×105 Pa，ΔV＝(h2－h1)S＝1.5×10 3m3
－
代入数据可得 W＝150 J 由热力学第一定律 ΔU＝－W＋Q 可得 ΔU＝450 J－150 J＝300 J.
答案：(1)180 ℃ (2)300 J
考点一
热力学第一定律的理解及应用
(4)热量不可能从低温物体传到高温物体．( × ) (5)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变 化．( × ) (6)一定质量的理想气体向真空中自由膨胀，体积增大，对外 做功，熵增加．( × )
2 ．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少 1.3×105 J，则此过程( A．气体从外界吸收热量 2.0×105 J B．气体向外界放出热量 2.0×105 J C．气体从外界吸收热量 6.0×104 J D．气体向外界放出热量 6.0×104 J )
二、热力学第二定律 1．常见的两种表述 (1)克劳修斯表述(按热传递的方向性来表述)：热量不能自发 地从 低温 物体传到 高温 物体． (2)开尔文表述(按机械能与内能转化过程的方向性来表述)： 不可能从 单一热源 吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影 响．
2．第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二 类永动机．这类永动机不违背