热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它给出了做功和热传递在改变物体内能上是等价的．
1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界吸收的热量(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键．
(1)外界对物体做功，W＞0；物体对外界做功，W＜0；
(2)物体从外界吸热，Q＞0；物体向外界放热，Q＜0；
(3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能减少．
解题思路：分析题干，确定改变内能的方式(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论
2．注意的问题
(1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．
(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热放热情况可判断内能的变化．
(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑．
(4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变化，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0.
3．应用热力学定律和能量守恒时的步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．
(3)列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增．
图5－1
(2013·南昌检测)如图5－1所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，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，密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2.
问Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？
【解析】 设密闭气体温度升高1 °C，内能的增量为ΔU，则有
ΔU＝Q1①
ΔU＝Q2＋W②
因气体体积膨胀，W＜0，故Q1＞Q2
由此可见，质量相等的同种气体，在定容和定压两种不同情况下，尽管温度变化相同，但吸收的热量不同，所以同种气体在定容下的比热容与在定压下的比热容是不同的．
【答案】 Q1＜Q2 见解析
1．(2012·新课标全国高考)关于热力学定律，下列说法正确的是 ( )
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
【解析】 做功和热传递都可以改变物体的内能，选项A正确；由热力学第一定律可知，对某物体做功，物体的内能可能增加、不变或减小，故B错；由热力学第二定律可知，通过外界作用可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，可以使热量从低温物体传向高温物体，所有的实际宏观热过程都是不可逆的，所以C、E对，D错．
【答案】 AC
热力学第二定律的理解
1.热力学第二定律的几种表现形式
(1)热传递具有方向性：两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
(2)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．
(3)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．
(4)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空．
2．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，即在任何自然过程中，一个孤立系统的熵总不会减小．
(2013·福州检测)如图5－2为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收冰箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( )
图5－2
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
【解析】 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，故A错误，B、C正确．
【答案】 BC
2．下列说法正确的是( )
A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B．电流通过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成与原来大小相同的电流
C．可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以融化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
【解析】 热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A错误；功和内能的转化具有方向性，在不引起其他变化时其逆过程是不可能实现的，故B错误；冰融化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律，D错误．
【答案】 C
