第3讲 热力学定律与能量守恒定律
主干梳理 对点激活
知识点 热力学第一定律 Ⅰ
1．改变物体内能的两种方式
(1)01做功；
(2)热传递。
2．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02热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝03Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则
物理量
意义
符号 W Q ΔU
＋ 外界对物体
做功 物体04吸收热量 内能05增加
－ 物体对外界
做功 物体06放出热量 内能07减少
(4)ΔU＝Q＋W的三种特殊情况
①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体08内能的增加。
②若外界对系统做功为0，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体09内能的增加。此处的W包含机械功、电流功等一切功。对于不涉及其他力做功的气体的等容过程，W＝0，Q＝ΔU。
③对于理想气体，若过程是等温的，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，10外界对物体做的功等于物体放出的热量。
知识点 热力学第二定律 Ⅰ
1．热力学第二定律的三种表述
(1)克劳修斯表述
热量不能01自发地从低温物体传到高温物体。
(2)开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而02不产生其他影响。或表述为“03第二类永动机是不可能制成的。”
(3)用熵的概念表示热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会04减小。(熵增加原理)
2．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的05无序性增大的方向进行。
知识点 能量守恒定律 Ⅰ
1．能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式01转化为另一种形式，或者从一个物体02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．条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。
大学物理〈1〉讲义LZX2011
1 Ch. 10 热力学定律
18世纪中叶，瓦特在改进前人成果的基础上发明了真正用于生产的蒸汽机，热做功应用于生产实践中。
但此时对热的本质认识还处于“热质说”的错误理论上。“热质说”认为热是一种微粒。燃烧的物质放出一种“燃素”的物质，这种物质吸附普通物质，是物质表现出温度的改变。这种理论在牛顿提出光的微粒学说后得到进一步的巩固。
直到19世纪中叶，德国医生罗伯特·迈耶（1814~1878）在观察热带气候对病人的影响时，开始关注物理力对生命力的影响。1842年，迈耶发表《论无机自然界的力》一文，提出热是一种能量，自然界的能量守恒是包含热的。但这种理论没有得到应用的重视。
几乎同时，1847年，英国科学家焦耳在一个普通的学术会议上作了题为“能量的普适守恒原理”的报告，提出热不是物质，而是一种运动，并进行了热功当量的实验。热的本质问题得以充分解决。
本章主要研究热力学系统的状态发生变化时，能量所遵循的变化规律。
§10.1 准静态过程
一、准静态过程
当系统的外界条件改变时，它的状态就随时间发生变化，称系统经历一个 “热力学过程”，简称“过程”。
如果过程进展得十分缓慢，使所经历的一系列中间状态，都无限接近平衡状态，这个过程就叫做准静态过程。
1、准静态过程：
在任意时刻，系统的状态都无限接近于平衡态的热力学过程。
准静态过程的任意时刻的状态都可以当作平衡态处理。
2、弛豫时间
一个系统从一个非平衡态过渡到一个平衡态，经过的时间称弛豫时间。
只有过程变化的时间远远大于弛豫时间时，这个过程才能看作准静态过程。如，内燃机气缸内的气体（空气与汽油气的混合物）的弛豫时间小于310s，而活塞一次压缩气体的时间约为210s，这个过程可近似为准静态过程。 大学物理〈1〉讲义LZX2011
2 3、过程曲线
由理想气体状态方程：pVRT，准静态过程可以通过p-V（p-T或V-T）的关系曲线表示。这些曲线叫过程曲线。
热物理学的课件
在过去的几十年里，热物理学一直是物理学中的一个重要分支。实际上，热物理学是研究热量和温度对物质的影响的学科。热物理学的应用范围非常广泛，从工程到天文学都有应用。因此，在物理学课程中学习热物理学是至关重要的。本课件将以易懂的语言和图表形式介绍热物理学的基本概念和技巧。
第一部分：热量和温度的基本概念
为了更好地理解热物理学，首先需要了解一些基本概念。其中，热量和温度是最基本的概念。热量是指物质中分子之间的动能。当分子运动越快时，热量就越高。我们通常用焦耳来衡量热量。例如，一杯热水中的热量可以转移给其他物体。
与热量相似，温度也是衡量热量的一种方式。温度是指物质中分子的平均能量水平。我们通常用开尔文和摄氏度来测量温度。开尔文和摄氏度之间的关系是：K = °C + 273.15。这意味着绝对零度是0开尔文或-273.15摄氏度。
第二部分：热力学定律
了解热量和温度的概念后，需要了解热物理学中的基本定律。其中，最基本的定律是热力学第一定律，它代表了能量守恒定律。该定律表明，能量不能被创造或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。例如，当物体从高处落下时，它的势能被转化为动能。 另一个关键的热力学定律是热力学第二定律，它代表了熵增加原理。该定律表明，孤立系统中的熵（或混乱度）不会减少，只会增加或保持不变。例如，我们可以将蛋糕打乱并制成一个蛋糕，但无法逆过程，即从制成的蛋糕重新组合得到原始蛋糕。
第三部分：热电效应和热传导
在热物理学中，还有两个重要的概念：热电效应和热传导。热电效应指的是将热转化为电能，也称为“塞贝克效应”。例如，我们可以利用太阳能电池板将太阳能转换为电能。
热传导是指物质中热量的传递方式。这种传递可以通过导热性较高的物质（例如金属）或较低导热性的物质（例如绝缘体）来实现。例如，我们可以利用铜线将热量从一个地方传递到另一个地方。
结语
热物理学是物理学中的一个重要分支，它可以应用于许多不同的领域。了解热量、温度和热力学定律是理解热物理学的关键。同时，了解热电效应和热传导也非常重要。我们希望本课件可以为你提供一个基础，帮助你更好地理解热物理学。
经验
总结 总结
归纳提高
引出或定义出
解决
的 能量效应(功与热)
过程的方向与限度 即有关能量守恒
和物质平衡的规律
物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律
§1.1 热力学基本概念
1.1.1 热力学的理论基础和研究方法
1、热力学理论基础
热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。
热力学四大定律：
热力学第一定律——Mayer&Joule：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)；
热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin：过程进行的方向判据；
热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson：解决物质熵的计算；
热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T1=T2，T2=T3，则T1= T3。
2、热力学方法——状态函数法
热力学方法的特点：
①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p、V、T etc）
②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
局限性：
不知道反应的机理、速率和微观性质。
只讲可能性，不讲现实性。
3、热力学研究內容
热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。
热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。
1.1.2 热力学的基本概念 生活实践
生产实践
科学实验 热力学第一定律
热力学第二定律
热力学第三定律
热力学第零定律 热力学理论基础
热力学能U
焓H
熵S
