(共18张PPT)
要让物体的内能增加20J,有什么方法?
对物体做20J功
对物体传20J热
→
做功与热传递等效
一定的功与确定数量的热量相对应
对物体传10J热,再对物体做10J功
……
如何计算物体的内能变化 U ?
U=
W+Q
热力学第一定律
第2节 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向
它传递的热量与外界对它所做的功的和。
第2节 热力学第一定律
气体膨胀W取
注意:吸热Q为
正,
放热Q为
负
压缩气体W取
正,
负
一、热力学第一定律
注意:做功与热传递在改变系统内能方面是等效的。
2.公式:ΔU=Q+W
思维拓展
如图1所示,快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J,气体内能改变了多少?若保持气体体积不变,外界对汽缸传递10 J的热量,气体内能改变了多少?能否说明10 J的功等于10 J的热量?
答案 10 J,不能, 因为功与热量具有本质区别。
例1:一定量的气体,在膨胀过程中做了135J的功,同时向外放热85J,则气体的内能变化量是多少?
解:ΔU=W外 + Q吸
= -135 + (-85)
= -220J
内能减少了220J
例2:一定量的气体,在膨胀过程中做了W的功,同时向外放热Q,则气体的内能变化量是多少?
解:ΔU=W外 + Q吸
= -W + (-Q)
= -(W+Q)
内能减少了(W+Q)
例3:给旱区送水的消防车停在水平地面上,在缓慢放水的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子势能,则胎内气体( )
A.从外界吸热
B.对外界放热
C.对外界做负功
D.内能增加
A
例4.如图所示,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间相互作用,则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中,筒内空气体积减小( )
A.从外界吸热
B.内能增大
C.向外界放热
D.内能减小
C
例5.如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中,气体压强p=1.0×105 Pa,吸收的热量Q=7.0×102J,求此过程中气体内能的增量
B
A
解: A到B,等压过程
W外=
PS
-PΔV
=-P(VB-VA)
VA
TA
=
VB
TB
得:ΔU=5.0×102 J
ΔU=W外 + Q吸
得VB=8x10-3m3
自然界中存在不同形式的能:动能、重力势能、弹性势能、电能、内能等
不同形式的能之间可以发相互转化
由特定的力做多少功来量度有多少能发生了转化
热力学第一定律充分说明在能量转化或转移过程中,总能量保持不变
历史上人们曾想制造一种机器:不需要任何动力或燃料,却能不断对外做功的机器:
永动机
达芬奇设计
经典设计方案
磁动力设计方案,
永动机的失败促使人们思考
一位德国的青年医生罗伯特·迈尔(1814—1878)开始钻研这个问题。当时,迈尔在一艘远洋轮船上担任船医。他发现,当船在热带航行时,从病人静脉中抽出来的血液,要比在欧洲时更红一些。这是为什么呢?迈尔想,大约是热带气温高,人体消耗的热量少,于是血液从人体中吸收的养料也比较少;养料在血液中氧化减少,所以静脉中含氧比较多,于是颜色就红一些。迈尔从中得到启发,懂得养料中的化学能,可以转化为热能。他认为,有多少化学能,就只能转化为多少热能,转化时能量不会增多,也不会减少。
1814年,年仅27岁的迈尔大胆地写了一篇论文《关于非生物界各种力的意见》,明确地提出能量“无不生有,有不变无”,认为各种形式的能量可以互相转化,但是转化前后的总能量是守恒的。
迈尔把论文寄给了当时的学术界享有盛誉的德国《物理学和化学年鉴》杂志。这家杂志的主编波根道夫对这位“无名小卒”的来稿理也不理,不仅不发表,连原稿都没有退还给他。
迈尔并不灰心,坚信真理在他手中。迈尔又写了几篇论文,更加明确地论述了能量守恒的原理。这些论文寄出去以后,仍如石沉大海,毫无回音。迈尔没办法,到后来,他把自己仅有的一点积蓄拿出来,在一家杂志上自费发表了论文。
谁知论文的发表,给迈尔招来了灾难。当时那些科学界的权威们满脑子是“热素”、“燃素”之类神秘的“素”,把迈尔的理论视为“邪说异端”。于是,有人造谣说迈尔患了精神病,才写出那样胡说八道的文章,竟然把迈尔关进了疯人院!
无独有偶。在英国,一位名叫焦耳的青年酿酒商人,利用业余时间,对电流通过电阻时产生的发热现象,进行了认真的研究。1840年,年仅22岁的焦耳发表了论文《论伏打电所产生的热》,提出了他经过多次实验发现的一条定律:当电流通过导体时,导体在一定时间内产生的热量同导体的电阻和电流强度平方的乘积成正比。在这里,焦耳不仅指出了电能会转化为热能,而且以精确的数学公式表明了转换规律。
过了3年,焦耳又发表了论文《论磁电的热量效应和热的机械值》,清楚地指出:“那里消耗了机械力,总能得到相当的热。”焦耳以自己精确的实验为依据,说明“使一磅水增加1°F的热量等于把770磅物体提高1英尺的机械功。”
焦耳的论文同样被当时的科学界权威们嗤之以鼻,不予理睬。然而,焦耳是个勇往直前的年青人,他坚持做了大量的实验,以精确的数据有力地说明各种能量在转化时确实是守恒的。这些精确的实验,是无法抹煞的!经过整整10年的奋战,焦耳接二连三地发表了一系列论文,这才逐渐引起了各国科学界的重视。
与此同时,许多不同国籍的科学家各自独立地进行着这方面的研究:丹麦28岁的科学家柯尔丁(1815—1888),通过对摩擦生热现象的研究,写成了关于能量守恒定律的论文,送给哥本哈根科学院。
1847年,德国年仅26岁的军医赫尔曼·赫尔姆霍茨(1821—1894)写了论文《论力的守恒》,阐述能量守恒的思想。他的论文寄到《物理学和化学年鉴》杂志,同样被主编波根道夫所压制,没有发表。后来,赫尔姆霍茨自费印刷了这篇论文。
2.意义(1)各种形式的能可以___________。
(2)各种物理现象可以用________________联系在一起。
1.内容:能量既不会凭空_______,也不会凭空_______,它只能从一种形式_______为另一种形式,或者从一个物体_______到别的物体,在转化和转移的过程中,能量的总量____________。
产生
消失
转化
转移
保持不变
相互转化
能量守恒定律
第2节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
二、能量守恒定律
(3)宣告第一类永动机(不消耗能量的机器)不可能制成。
1:是一个普遍适用的定律
能量守恒定律的重要性
比机械能守恒定律应用更广
2:将各种现象联系在一起
力学、热学、电学、光学、化学、生物学
3:指导着人们的生产、科研
泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在;
4:19世纪自然科学三大发现之一
细胞学说;生物进化论(恩格斯)
宣告了第一类永动机造不成
思考判断
(1)系统从外界吸收热量5 J,内能可能增加5 J。( )
(2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。 ( )
(3)能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的。 ( )
(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。 ( )
√
√
×
√
4.物体温度升高内能一定增大
5.气体温度升高内能一定增大
请判断下列说法的正误
1.物体吸收热量温度一定升高
2.气体吸收热量温度一定升高
3.理想气体吸收热量温度一定升高
7.气体等温压缩内能一定增加
8.气体等温膨胀对外做功内能可能减小
6.理想气体温度升高内能一定增大