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热与功

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A上节知识问答1、功的定义、做功的两个基本条件是什么？2.、什么是有用功？机械效率的公式？3、什么是功率？推导公式是什么？能够解释现象。

4、能量存在的几种形式及其定义。

机械能守恒的理解。

C教师精讲1、知道物质是由分子组成的，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动；2、能识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释；知道分子热运动的快慢与温度的关系；3、知道分子之间存在相互作用力；（既有相互之间的引力也有排斥力）下面我们再来通过实验证实分子是运动的。

往盛有水的烧杯中，滴入红墨水，过一会儿，观察到烧杯中的水变成了红色现象。

我们上面做的实验是一种扩散现象。

两种不同的物质在互相接触时,彼此进入对方的现象，叫做扩散现象。

说明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动。

在我们日常生活中，扩散现象很常见。

请举出几个例子，看谁观察得细致。

闻到菜香和香水的味道；扫地时的灰尘和天空飘落的雪花不属于扩散现象扩散产生的条件：不同物质、相互接触、气液固之间都可以发生扩散现象。

扩散产生的原因：分子的无规则运动。

科学家们把磨得很光的铅片和金片紧压在一起，在室温下放置5年后再将它们切开，可以看到它们互相渗入约1 mm 深。

这说明扩散可以在固体和固体之间发生。

在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的凉水。

用滴管分别在两个杯底注入一滴墨水，比较两杯中墨水的扩散现象有什么不同。

分子运动快慢和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈想想议议：1）一切物质的分子都在不停地做无规则运动。

2）分子运动快慢和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫做分子的热运动。

这是一个铅块，我们知道它是由分子组成的，组成它的分子在不停地运动着，那么为什么铅块没有飞散开?是什么原因使它们聚合在一起呢?[演示实验]将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两块铅就会结合起来，下面吊一个重物都不能把它们分开。

这个实验表明分子之间存在引力。

分子间的引力使得固体和液体能保持一定的体积，那么，我想把粉笔压缩得短一些，容易做到吗?为什么?请看课本图16．1-6分子之间存在斥力内能定义：物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和。

一切物体在任何情况下都具有内能，内能是永恒的。

分子动能：与温度有关，温度升高，分子热运动加快，分子动能增加；温度降低，分子运动减慢，分子动能就减少。

分子内能的大小，除与温度有关外，还与物体的体积、状态、质量等因素有关。

（2）改变物体内能的两种方式：做功和热传递。

外界对物体做功，物体的内能增加，如压缩气体做功，气体内能增加，一般会温度升高。

物体对外界做功，物体内能减少，如气体推动活塞做功，气体内能会减少，温度一般会降低。

在热传递的过程中，物体吸热，内能增加。

物体放热，内能减少。

比较内能与机械能的区别：内能是物体内部分子热运动和相互作用决定的能，与物体微观结构有关；机械能是宏观物体机械运动有关的能量甲、乙两块冰的质量相同，温度均为-10℃．甲冰块静止于地面，乙冰块静止在距地面10m高处，则这两个冰块相比较（）A．机械能一样大 B．乙的机械能大 C．内能一样大改变物体内能的方法有和热传递改变内能的实质是能量的，做功改变内能的实质是能量的（选择“转移”、“转化”）比热容1、热量总是从高温物体传向低温物体，高温物体放_热，温度降低，低温物体吸热，温度升高，热量的单位是焦耳（J）。

2、同温度的一壶水和半壶水，要加热到沸腾,一壶水吸收的热量多，说明物体吸收热量的多少与物体的质量有关。

3把同一杯水加热到50℃比加热到100℃需要吸收的热量少，说明物体吸收热量的多少与变化的温度有关。

比热容1、定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃所吸收（放出）的热量。

2、国际单位：焦每千克摄氏度 J/(kg ·℃) 。

3、符号：C 。

4、意义：看常见物质比热容表，了解各物质的比热容，可知（1）不同物质的比热容一般不同（相同、不同）(2)水的比热容最大，是_4.2×103_，它的意义是一千克的水每升高(降低) 1℃,吸收(放出)热量4.2×103J 。

沙石的比热容是0.29×103，如果让相同质量的水和砂石吸收相同的热量，水升温慢（快、慢）5水比热容大的应用：（1）人们常用冷水冷却发动机，冬天用热水来取暖,是因为相同情况下水与其他的物质相比吸收的热量多，放出的热量多。

（2）我国新疆地区有“早穿皮袄，午穿纱，抱着火炉吃西瓜”的说法，你能解释这种昼夜温差较大的原因么？水的比热容大的特性及应用：早春育秧，汽车的冷却剂，沙漠比沿海地区昼夜温差大等等。

3、热量的计算（1）根据水的比热容我们可知，1Kg的水温度每升高1℃需要吸4.2x103J热量，那么5Kg的水温度每升高5℃需要吸收多少热量？写出你的计算过程。

（2）我们知道热量的符号是Q，比热容的符号是C，质量符号是m，我们用△t表示升高或降低的温度，那么热量的公式是Q=Cm△t 。

（3）公式的应用例：要把2㎏水从20℃加热到100℃，至少供给多少热量？1、水的比热比较大，泥土和砂石的比热小，在同样受热或冷却的情况下，水温变化比泥土、砂石的温度变化_小_。

2、一太阳能热水器水箱内装有质量为80kg的水，经太阳晒2h后，温度从20℃升高到50℃所吸收的热量是J，这是用热传递的方式增加了水的内能．3、将质量初温相同的铝、铜、铁三球，浸没在沸水中煮较长一段时间，则三个球的温度相同。

从沸水中吸热最多的是铝球，吸热最少的是铜球。

（已知C铝>C铁>C铜）热机①知道热机中能量的转化。

②知道四冲程热机的构造和工作原理。

①柴油机与汽油机的相同点：1．基本构造和主要部件的作用相似。

2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

3 ．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。

4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。

②柴油机与汽油机的不同点：1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。

2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。

3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。

4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。

1、下列关于热量的说法中正确的是: ( )A.温度高的物体会有的热量多B.质量大的物体放出的热量多C.温度低的物体吸收的热量多D.一个物体温度升高得越多,吸收的热量越多2、汽油的热值是4.6×107焦/千克，其物理意义是____________，完全燃烧_________克汽油所放出的热量为2.3×106焦。

3、铜的比热是3.9×102焦/(千克·℃)，它表示的物理意义是____ ，若把一铜块切掉一半，则它的比热将____________。

(填“变大”、“变小”或“不变”)4、下列说法中正确的是: ( )A.一桶水比一杯水的比热大B.质量为2千克10℃时的水含有的热量等于质量为1千克20℃时的水所含的热量C.同种物质的质量变化时，其比热不变D.比热大的物体，每升高1℃吸收的热量一定多D当堂训练：1、下列现象中不能说明一切物体里的分子都在做无规则运动的是：A、SARS病毒可以通过飞沫传播B、像一杯水中滴入红墨水，过一会儿整杯水都红了C、把磨得很光的铅片和金板长久紧压在一起，金板中渗有铅，铅板中渗有金D、配制过氧乙酸消毒液时，能闻到刺鼻的气味2、下列现象能用分子动理论解释的是：A、沙尘暴来临时，漫天沙尘B、“八月桂花遍地香”时，到处都能闻到桂花的芳香C、扫地时，室内尘土飞扬D、两块平滑干净的铅块压紧，一段时间后不容易们拉开3、下列说法中正确的是：A、物体运动的越快，它的分子的无规则运动也越快B、液体凝固成固体后，分子的无规则运动就停止了C、固体被压缩到分子之间无间隙才不能被压缩D、温度越高，分子的无规则运动越剧烈4、下列现象中，支持分子间存在引力的证据是：A、两块表面平滑干净的铅块相互紧压后会黏在一起B、固体和液体很难被压缩C、磁铁能吸引大头针D、破镜不能重圆5、劣质的装修材料含有超标的甲醛等有毒有机物。

用它们装修房屋，会造成室内环境污染，这表明—_________________________。

用胶粘剂可以把装修板粘在一起，这说明___________________________________6、使1克水温度升高1℃需要吸收多少热量？1焦耳的热量可以使1克水的温度升高多少度?7、质量为500克的铁锅中放有3千克的水,把它们从15℃加热到90℃需要多少热量?已知C铁=4.6×102焦/(千克·℃)8. 在冬天，往往手冷得发痛。

为了使手暖和一点，有的同学用嘴对着手呵气，有的同学则用两手来回搓动。

说明这样做的道理。

E课后作业1．关于扩散现象，下面的几种说法中正确的是（）。

A．只有在气体和液体之间才发生扩散现象B．扩散现象说明了，构成物质的分子总是在永不停息地作无规则运动C．扩散现象说明了分子间有力的作用D．扩散现象与温度的高低无关2．炽热的铁水具有内能，当温度降低，内能随着。

冰冷的冰块具有内能，当温度升高，内能随着。

将该冰块从一楼移动到四楼，它的内能将。

3．下列社会实践中的实例，不能用来说明“分子在不停地运动”的是（）。

（2001年武汉市中考题）A．洒水的地面会变干 B．炒菜时加点盐，菜就有了咸味C．扫地时，尘土飞扬 D．房间里放了一篮子苹果，满屋飘香4．洗衣服时，洗衣粉在冷水中需很长时间才能溶完，而在热水中很快就能溶完，这是因为。

5．在下列常见的生活事例中，用做功的方式来改变物体内能的是（）。

A．给自行车打气时，气筒壁会发热B．冬天写作业时手冷，用嘴向手上呵呵气C．喝很热的茶时，先向水面上吹吹气D．阳光下，太阳能热水器中的水温升高6．将煤堆放在墙角处一段时间，发现涂在墙角处的石灰变黑了，这是现象，它说明了固体物质的分子也是。

[0.5]7．分子间既有力又有力。

当分子间距离小于平衡距离r0时，力起主要作用；当分子间距离大于平衡距离r0时，力起主要作用。

分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

8．关于扩散现象，下列说法中正确的是（）。

A．只有气体和液体才能发生扩散现象B．扩散现象说明分子是很小的C．气体、液体、固体都会发生扩散现象，其中气体扩散最显著D．扩散现象使人们直接看到了分子的运动9．下列现象中能说明分子在不停地做无规则运动的是（）。

A．久打扫房间时灰尘飞扬 B．水从高处流向低处C．放在空气中的铁器过一段时间生锈了 D．在一杯水中放些盐，一会儿整杯水变咸了10．下列现象中，不能用来说明分子运动的是（）。

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热力学中功与热关系

热力学中功与热关系

热力学中功与热关系刘远0809401106一个封闭体系，当它与环境发生互相作用时才能够改变他的平衡状态，从宏观上看，互相作用可归为本质上不同的两种类型，一种是力场作用，即力学互作用。

一种是温度场作用，即热学互作用。

前者表现为做功，后者表现为热传热。

能量通过这两种方法传力和转化。

功的概念功是指物体在某一力f的持续作用下，位移距离r，则f·r为改力对物体做的功，通常用下列符号表示W=f·r功是标量，若f与r同向，则W=f·r；若f与r反向，则W=-f·r，故其数值可正可负。

热的本质热是由于温差而引起的传力着的能量。

换而言之，热是能量的一种形式，但它不是体系所贮藏的能量，而是由于温差而引起的能流，它是在分子水平上的能量转移。

因此，热力学中热既代表过程中能量转移数量，也表明能量传力的形式。

通常用符号Q表示。

热力学第一定律定义：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数量不变。

历史上第一个发表论文，阐述能量守恒原理(principle of energy conservation)的是德国医生迈耶(Mayer，1814-1878)。

1842年他提出了机械能与热能间转换的原理，1845年提出了25种运动形式相互转化的形式。

焦耳是通过大量严格的定量实验去精确测定热功当量，从而证明能量守恒概念的；而迈耶则从哲学思辨方面阐述能量守恒概念。

后来德国生理学家、物理学家赫姆霍兹(Helmholtz，1821-1894)，发展了迈耶和焦耳的工作，讨论了当时的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成就。

严谨地认证了如下规律：在各种运动中的能量是守恒的。

并第一次以数学方式提出了能量守恒与转化定律。

功与热的联系第一定律描述功与热之间的相互转换，功和热量转换的结果其总能量是守恒的。

在力学中，外力对系统作功，引起系统整体运动状态的改变，使系统总机械能(包括动能和外力场中的势能)发生变化，这时把总机械能定义为内能，它是系统状态的函数。

§1.0-§1.3 热力学基本概念-热与功

§1.0-§1.3 热力学基本概念-热与功

兼有气体及液体双重特性； 超临界流体特性 体积质量接近液体； 粘度接近气体； 扩散系数比液体大约10倍。
表1.2 一些物质的临界参量
物 He H2 N2 O2 H2O CH4 C2 H 4 C6H6 C2H5 OH 质 Tc/K 5.26 33.3 126.2 154.4 647.4 190.7 283.1 562.6 516.3 pc/MPa 0.229 1.30 3.39 5.04 22.12 4.64 5.12 4.92 6.38 Vm,c/10-6m3·mol-1 58 65 90 74 56 99 124 260 167
相变化过程与饱和蒸气压 相变化过程：一定条件下聚集态的变化过程。
气体 (T,p) 汽化 液体 液化 凝固 熔化 (T,p) 固体(α) (T,p) 升华 凝华 晶型转化 (T,p) 固体(β)
饱和蒸气压：
在一定温度下，当液（或 固）体与其蒸汽达成液（或 固）汽两相平衡时，汽相的压 力称为该液（或固）体在该温 度下的饱和蒸气压。
焦耳实验
或: 整个系统(双球） dV＝0
气体 真空 图1-1气体向真空膨胀 （自由膨胀）
(3) 对抗恒定外压过程
p1,V1 Psu p2,V2 Psu
T1
T1
膨胀过程的功：
W = − ∫V psu dV
V2
1
= −psu(V2 −V) 1
压缩过程的功：
p2,V2 Psu
T1p1,V1Psu NhomakorabeaT1
W = − ∫V psu dV
第一节 热力学基本概念
0.系统和环境
系统: 热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。 环境: 与系统通过物理界面(或假想的界面)相 隔开并与系统密切相关的周围部分。
真空膨胀过程的功,热,内能,焓,熵,自由能的表达式

真空膨胀过程的功,热,内能,焓,熵,自由能的表达式

在真空膨胀过程中，考虑理想气体的情况下，可以得到以下表达式：
1. 功（Work）：
在真空膨胀过程中，由于系统对外做功，无外界对系统做功，因此外界对系统的功为负值。

功的表达式为：
\[W = -P_{\text{外}} \cdot \Delta V\]
其中，\(P_{\text{外}}\)为外界对系统施加的压强，\(\Delta V\)为系统体积的变化量。

2. 热（Heat）：
真空膨胀过程中没有与外界发生热交换，因此热的表达式为：
\[Q = 0\]
3. 内能（Internal Energy）：
内能的变化量可以通过热和功的关系求得：
\(\Delta U = Q + W = -P_{\text{外}} \cdot \Delta V\)
4. 焓（Enthalpy）：
在真空膨胀过程中，系统没有与外界发生热交换，因此焓的表达式为：\(H = U + PV = U\)
因为压强和体积都为零。

5. 熵（Entropy）：
在真空膨胀过程中，由于没有与外界发生热交换，系统的熵保持不变，即：
\(\Delta S = 0\)
6. 自由能（Free Energy）：
自由能的变化量可以通过熵和内能的关系求得：
\(\Delta F = \Delta U - T \cdot \Delta S = -P_{\text{外}} \cdot \Delta V\)
需要注意的是，以上的表达式仅适用于理想气体在真空中的膨胀过程。

对于其他系统或者考虑更多复杂的情况，表达式可能会有所不同。

理想气体功与热

理想气体功与热

理想气体功与热理想气体的功与热理想气体是理想物体的一种模型，它具有一定的特性和性质。

理想气体模型假设气体分子之间无相互作用力，气体分子的大小可以忽略不计，并且分子之间的碰撞是完全弹性的。

在这个模型中，理想气体的压强与体积、温度之间存在着一定的关系，这关系可以用气体状态方程来表示。

在研究理想气体的性质时，功和热是非常重要的概念。

首先，我们来看一下理想气体的功。

在物理学的基本原理中，功可以定义为力在物体上所做的功。

而在理想气体中，气体分子之间的相互作用力可以忽略不计，所以理想气体不存在分子间的相互作用力。

因此，理想气体在压缩或膨胀过程中所做的功只来自外力的作用。

根据功的定义，可以推导出理想气体做功的表达式为：功等于外力与气体的体积变化之积。

在理想气体中，气体的体积可以通过改变气体的压强来实现。

假设气体在外力作用下发生了体积变化，那么根据气体状态方程可以得到气体的初末体积与压强的关系。

结合功的定义，可以得到理想气体作功的表达式为：W = PΔV，其中W表示气体所作的功，P表示气体的压强，ΔV表示气体的体积变化。

接下来，我们来探讨一下理想气体的热。

热是一种能量的传递方式，是因为温度差而发生的能量传递。

在理想气体中，气体的温度可以通过加热或冷却气体来实现。

当理想气体被加热时，气体分子的动能增加，分子之间的平均距离也会增大，从而导致气体的压强增加。

根据气体状态方程，可以得到理想气体的温度与压强成正比的关系。

即温度升高，压强也会随之增加。

从热的角度来看，理想气体的热可以用热量的传递方式来表示。

当气体被加热时，热量从热源传递到气体中，使得气体的温度升高，从而引起气体分子的运动加速。

在理想气体中，热的传递方式可以通过气体的热容来表示。

热容可以定义为单位质量或单位摩尔物质在温度变化下所吸收或放出的热量。

热容分为常压热容和常容热容两种情况。

常压热容指在恒定压强下，气体单位质量或单位摩尔物质的温度变化所吸收或放出的热量。