熱力學(xué)第一定律
1.熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為ΔU=Q+W,它不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能方式的等效性,也給出了功、熱量跟內(nèi)能改變量的定量關(guān)系。
2.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行計算時,要遵循各物理量的符號規(guī)定,Q>0,表示物體吸收熱量,W>0表示外界對物體做功,ΔU>0,表示內(nèi)能增加,當(dāng)它們?yōu)樨?fù)值時,都分別表示各自的相反過程。
3.在解決理想氣體的等壓膨脹過程問題時,熱力學(xué)第一定律中各物理量符號為,W<0,ΔU>0,Q>0,等壓壓縮時符號相反,在等容過程中,W=0,ΔU=Q,在等溫過程中,ΔU=0,W=-Q。
4.將打氣筒的出氣口堵住,用力將活塞下壓,若對氣體做功10 J,氣體通過筒壁向外放熱1卡,則氣體的內(nèi)能改變了5.82 J(1卡=4.18焦)。
1.熱力學(xué)第一定律的研究對象
研究功、熱量跟內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系。
2.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及公式
(1)內(nèi)容:如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程,那么,物體內(nèi)能的增加ΔU就等于物體吸收的熱量Q和外界對物體做的功W之和。
(2)公式:ΔU=W+Q
3.對熱力學(xué)第一定律的理解
(1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系,此定律是標(biāo)量式,應(yīng)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。
(2)對公式ΔU=Q+W符號的規(guī)定:
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符號
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W
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Q
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ΔU
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+
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外界對物體做功
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物體吸收熱量
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內(nèi)能增加
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-
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物體對外界做功
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物體放出熱量
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內(nèi)能減少
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(1)在絕熱過程中,Q=0,W=ΔU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。
(2)在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的過程中,應(yīng)特別分清W、Q的正、負(fù),以便更準(zhǔn)確地判斷ΔU 的正、負(fù),ΔU的正、負(fù)代表了變化過程中內(nèi)能是增加的還是減少的。
1.下列說法正確的是( )
A.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減小
B.物體對外做功,其內(nèi)能一定減小
C.物體吸收熱量,同時對外做功,其內(nèi)能可能增加
D.物體放出熱量,同時對外做功,其內(nèi)能可能不變
解析:選C 由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,若物體放出熱量,外界對物體做正功,則ΔU不一定為負(fù)值,即內(nèi)能不一定減小,故A項錯誤;同理可分析出,B項和D項錯誤,C項正確。
1.理想氣體的等壓過程
如圖所示是一定質(zhì)量氣體的等壓線,若氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,該過程是等壓膨脹過程,V2>V1,T2>T1,體積增大,氣體對外做功,W<0,但理想氣體的內(nèi)能僅取決于溫度,溫度升高,內(nèi)能增大,ΔU>0,則由熱力學(xué)第一定律有Q=ΔU-W>0,氣體吸收熱量,吸收的熱量一部分用來增加氣體的內(nèi)能,一部分轉(zhuǎn)化為對外所做的功。若氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)A,該過程為等壓壓縮,應(yīng)有W>0,ΔU<0,Q=ΔU-W<0,這說明氣體放出的熱量等于外界對氣體所做的功與氣體內(nèi)能減小量的和。
2.理想氣體的等容過程
等容過程中,體積V不變,W=0,則由熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q,若溫度升高時,氣體吸收的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能,反之,氣體放出的熱量等于氣體內(nèi)能的減少。
3.理想氣體的等溫過程
等溫過程中內(nèi)能不變,即ΔU=0,由熱力學(xué)第一定律有W=-Q,若氣體等溫壓縮,則W>0,Q<0,氣體放出熱量,外界對氣體所做的功全部轉(zhuǎn)換為放出的熱量,若氣體等溫膨脹,W<0,Q>0,氣體吸收熱量,吸收的熱量全部用來對外做功。