高二物理定律熱力學知識點歸納
第一定律
熱力學第一定律也就是能量守恆定律。自從焦耳以無以辯駁的精確實驗結果證明機械能、電能、內能之間的轉化滿足守恆關係之後,人們就認為能量守恆定律是自然界的一個普遍的基本規律。
●內容
一個熱力學系統的內能U增量等於外界向它傳遞的熱量Q與外界對它做功A的和。(如果一個系統與環境孤立,那麼它的內能將不會發生變化。)
●符號規律
熱力學第一定律的數學表達式也適用於物體對外做功,向外界散熱和內能減少的情況,因此在使用:△E=—W+Q時,通常有如下規定:
①外界對系統做功,A>0,即W為正值。
②系統對外界做功,A<0,即W為負值。
③系統從外界吸收熱量,Q>0,即Q為正值
④系統從外界放出熱量,Q<0,即Q為負值
⑤系統內能增加,△U>0,即△U為正值
⑥系統內能減少,△U<0,即△U為負值
●理解
從三方面理解
1、如果單純通過做功來改變物體的內能,內能的變化可以用做功的多少來度量,這時系統內能的增加(或減少)量△U就等於外界對物體(或物體對外界)所做功的數值,即△U=A
2、如果單純通過熱傳遞來改變物體的內能,內能的變化可以用傳遞熱量的多少來度量,這時系統內能的.增加(或減少)量△U就等於外界吸收(或對外界放出)熱量Q的數值,即△U=Q
3、在做功和熱傳遞同時存在的過程中,系統內能的變化,則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這種情況下,系統內能的增量△U就等於從外界吸收的熱量Q和外界對系統做功A之和。即△U=A+Q
●能量守恆定律
能量既不能憑空產生,也不能憑空消失,它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,在轉移和轉化的過程中,能量的總量不變。
●能量的多樣性
物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷具有電能、原子核內部的運動具有原子能等等,可見,在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應。
●不同形式的能量轉化
"摩擦生熱"是通過克服摩擦力做功將機械能轉化為內能;水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內能轉化為機械能;電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能。這些實例説明了不同形式的能量之間可以相互轉化,且這一轉化過程是通過做功來完成的。
●能量守恆的意義
1、能的轉化與守恆是分析解決問題的一個極為重要的方法,它比機械能守恆定律更普遍。例如物體在空中下落受到阻力時,物體的機械能不守恆,但包括內能在內的總能量守恆。
2、能量守恆定律是19世紀自然科學中三大發現之一,也莊重宣告了第一類永動機幻想的徹底破滅。
3、能量守恆定律是認識自然、改造自然的有力武器,這個定律將廣泛的自然科學技術領域聯繫起來。
第一類永動機
第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器。其不可能存在,因為違背的能量守恆定律
第二定律
有幾種表述方式:
克勞修斯表述→熱量可以自發地從温度高的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發地從温度低的物體傳遞到温度高的物體;
開爾文—普朗克表述→不可能從單一熱源吸取熱量,並將這熱量完全變為功,而不產生其他影響。
●關係
熱力學第二定律的兩種表述(前2種)看上去似乎沒什麼關係,然而實際上他們是等效的,即由其中一個,可以推導出另一個。
●意義
熱力學第二定律的每一種表述,揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性,使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。
●微觀意義
一切自然過程總是沿着分子熱運動的無序性增大的方向進行。
第二類永動機(不可能製成)
只從單一熱源吸收熱量,使之完全變為有用的功而不引起其他變化的熱機。
△第二類永動機效率為100%,雖然它不違反能量守恆定律,但大量事實證明,在任何情況下,熱機都不可能只有一個熱源,熱機要不斷地把吸取的熱量變成有用的功,就不可避免地將一部分熱量傳給低温物體,因此效率不會達到100%。第二類永動機違反了熱力學第二定律。
第三定律
熱力學第三定律通常表述為絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零。或者絕對零度(T=0K即—273。15℃)不可達到。
R.H.否勒和E.A.古根海姆還提出熱力學第三定律的另一種表述形式:任何系統都不能通過有限的步驟使自身温度降低到0K,稱為0K不能達到原理。
第零定律
熱力學第零定律:如果兩個熱力學系統均與第三個熱力學系統處於熱平衡,那麼它們也必定處於熱平衡。也就是説熱平衡是遞傳的。
熱力學第零定律是熱力學三大定律的基礎,它定義了温度。
(因為在三大定律之後,人類才發現其重要性,故稱為"第零定律")