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内容举例： 第3章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
第2节 热力学第一定律
第3节 能量守恒定律
第4节 热力学第二定律
第3章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
一、焦耳的实验
1. 绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。
2. 两个代表性实验
实验1 通过重力做功实现能量转化：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，靠叶片与水摩擦引起水温上升。
实验2 通过电流做功实现能量转化：通过重物下落带动发电机发电，电流通过电阻丝，电流的热效应给液体加热。
3. 实验结论
要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
二、功与内能的改变
1. 功与内能变化的关系
在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W。
2. 表达式
三、热与内能的改变
1. 传热
(1)定义：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到了低温物体。
(2)方式：热传导、热对流、热辐射。
(3)条件：有温度差。
2. 热与内能变化的关系：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU等于外界向系统传递的热量Q。
3. 表达式：ΔU=U2-U1=Q
4. 做功与传热在改变系统内能上的异同
(1)做功和传热都能引起系统内能的改变；
(2)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
四、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系
做功 传热
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能发生转化。当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现 不同物体或同一物体的不同部分之间内能的转移。热量从高温物体传递给低温物体时，高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相同
联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
五、热量和内能的区别
热量是用来衡量单纯的传热过程中物体内能变化多少的物理量，是一个过程量。因此，一般在发生传热时才谈热量。热量和内能是两个截然不同的概念，内能是状态量，我们可以说物体在一定状态下有内能，但不能说它在该状态下有热量，也不能认为温度高的物体含有的热量多。热量与功一样，对应某个物理过程时才有意义。
第2节 热力学第一定律
第3节 能量守恒定律
一、热力学第一定律及应用
1. 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫作热力学第一定律。
2. 表达式：ΔU=Q+W
3. ΔU=Q+W中正、负号法则
W Q ΔU
+ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
- 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
二、探索能量守恒的足迹
1. 人类对能量的认识
(1)能量具有不同的形式：有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能等等。不同形式的运动都可以用能量描述。
(2)不同形式的能可以相互转化：机械能的各种形式之间可以相互转化，电和磁可以相互转化，热和电也可以相互转化……
2. 能量守恒观念的形成
(1)俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。
(2)焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。
(3)德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还猜想热与机械运动的等效性，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。
(4)1847年，德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。
三、能量守恒定律和永动机不可能制成
1. 能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
(2)意义：能量守恒是自然界的普遍规律。根据能量守恒定律，物理学发现和解释了很多科学现象。
2. 第一类永动机
(1)人们设想的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的机器。
(2)违背能量守恒定律，不可能制成。
四、对热力学第一定律的理解
1. 热力学第一定律的意义
(1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方法是等价的，而且给出了内能的变化量与做功和传热之间的定量关系。
(2)热力学第一定律将单纯的做功过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达式推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示外界对系统所做的功，Q表示外界向系统传递的热量。
2. 物体的体积变化与做功正负的关系
(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0；
(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。
五、对能量守恒定律的理解
1. 能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见，在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
(2)各种形式的能可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃
烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2. 能量守恒定律是没有条件的
与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是在只有重力做功或系统内弹力做功的情况下；而能量守恒是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。
3. 能量守恒定律的两种表述
表述一：某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
表述二：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
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