热力学三大定律

热力学三大定律

内能：内能由分子动能和分子势能共同组成

1.分子动能：分子由于运动而具有的能。温度是分子热运动平均动能（而

不是平均速率）的标志，表征分子热运动的剧烈程度。

2.分子势能：分子具有的由分子力所产生的势能，与分子间的相互作用力

的大小和相对位置有关。

3.性质：

1)内能的多少与物体的温度和体积有关；

2)内能不能全部转化为机械能，而机械能可以完全转化为内能；

3)任何物体在任何状态下都具有内能（大量分子做无规则运动）；

4)内能是一个宏观量，对于个别分子，无内能可言。

4.内能的改变：改变物体内能有两种方法，做功和热传递。

NOTICE:热量和内能的区别：热量是一个状态量，是热传递中内能的改变；而内能是一个状态量。

1)热传递和做功对于改变物体的内能是等效的。

2)热传递和做功的区别：热传递和做功有着本质的区别。做功使物体的内

能改变，是其他形式的能和内能之间的转化，热传递使物体的内能改变，

是物体间内能的转移。

3)做功和压强变化并不等效。压强增大并不一定外界对物体做功，也有可

能是温度的变化。

5.焦耳测定热功当量实验：

1)实验原理：重物P和重物P/下落时，插在量热器中的轴及安装在轴上的

叶片开始转动．量热器中的水受到转动叶片的搅拌，温度上升．由重物

的质量和下降的距离可以算出叶片所做的机械功，由水和量热器的质量、比热、升高的温度可以算出得到的热量．算出机械功和热量的比值，即

得热功当量的数值．

2)实验结论：机械功与热量的比值是一个常数，其数值J=4．18 J／cal．

● 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

转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。在转化或转移的过程中，能量的总量不变。 第一类永动机：不需输入能量便能永远对外做功的动力机械。违反能量守恒定律，不肯能制成。

● 热力学第一定律：ΔU = Q+ W 第一类永动机不可能制成。

W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功；

Q>0，吸热；Q<0，放热。

在不及分子势能的情况下，温度升高，则内能增大。

Eg1：2010年理综全国卷Ⅱ16. 如图，一绝热容器被隔板K 隔开成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 yszplg

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

答：BD

解：绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q =0. 稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0.根据热力学第一定律，稀薄气体的内能不变，则温度不变。稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小，pv/T ，所以A 、C 错，B 、D 正确。yszplg Eg2：（对比练习）2000年全国卷5. 图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E 甲、E 乙分别表示甲、乙两气室中气体

的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 ( )dyszplg

A ．E 甲不变，E 乙减小

B ．E 甲增大，E 乙不变

C ．E 甲增大，E 乙减小

D ．

E 甲不变，E 乙不变

答：C

解：将拉杆缓慢向外拉的过程中，甲气室中气体的体积减小，外界对甲气体做功，K a b 甲 乙

W >0 ，由于气缸、活塞是绝热的，Q =0，由热力学第一定律△E = W + Q ，△E >0，即E 甲增大；乙气室中气体的体积增大，气体对外做功，W <0 ，△E >0，即E 乙减小,选项C 正确。Dyszp

Notice:乙不是自由扩散。

Eg3：2007年江苏卷11、如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确

的是 ( )

A ．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能

B ．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小

C ．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中, 有热量从氧气

传递到氢气

D ．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 答：C D

解：温度是分子的平均动能大小的标志，初始时氢气与氧气的温度相同，分子的平均动能相同，A 错；对系统，气体与气缸外部没有热交换和其它能量交换，Q =0 W =0，ΔE =0，气缸内气体内能不会变化，氢气和氧气的内能与初始时相等，B 错；松开固定栓时氢气迅速膨胀，对氧气做功，由于气缸绝热，氢气的内能减小，温度降低，氧气的内能增加，温度升高。由于隔板是导热的，热量又从氧气传到氢气，直至温度相同，氧气的内能又减小，选项CD 正确。

热力学第二定律 1. 两种表述 表述一(按照热传导的方向性来表述)：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。

表述二(按照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并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

表述三：第二类永动机是不可能制成的。以上三种表述是等价的，即可以从一种表述导出另一种表述．

2. 第二类永动机：只需从单一热源吸收热能便能永远对外做功的动力机械，

违反热力学第二定律。

3. 热力学第二定律的实质

热力学第二定律揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。

EG4：2005广东卷13⑵. 热力学第二定律常见的表述有两种。 第一种表述：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； 第二种表述：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。

图10（a ）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：

外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请

你根据第二种表述完成示意图10（b ）。根据你的理解，热力学第二定律的实质是_________________________。 绝热气缸 固定栓 导热隔板

热机

低温物体

高温物体

图10（c ） W Q 1

Q 2

热机 低温物体 高温物体 图10（b ） Q 1 Q 2 W 制冷机 低温物体 高温物体 图10（a ）